#image024.jpg

Таинственные незнакомцы

В основе деятельности любой системы лежат определенные принципы. Система потому и называется системой что она работает не хаотично, а по определенным законам, сохраняя свойственную ей степень внутренней подвижности. Эта подвижность, в свою очередь, тоже не свободна, а подчиняется строгим условиям самоконтроля. В противном случае - полом, хаос, дисгармония и в конце концов болезнь.

Какой же принцип является основным в функционировании любой биологической системы? Какие механизмы поддерживают гомеостаз - внутреннее равновесие в организме - на том уровне, который необходим для обеспечения жизненно важных функций?

Принцип этот, сформулированный академиком АМН СССР Д. Саркисовым, звучит так: принцип антагонистической регуляции функций.

 

Двуликие Янусы

Антагонизм вообще является универсальным механизмом поддержания равновесия в природе. Достаточно вспомнить школьный учебник по биологии, в котором убедительно и доходчиво объясняется роль взаимоотношений между хищниками и грызунами, птицами и насекомыми, различными бактериями и т. п.

Так и деятельность любой системы живого организма представляет собой результат соотношений двух или нескольких взаимно противоположных процессов. В нервной системе это процессы возбуждения и торможения, в пищеварительном тракте - выработка гастрина и секретина, антагонистически влияющих на секрецию соляной кислоты в желудке и тем самым обеспечивающих пищеварение. Таких примеров можно привести множество. Особенно наглядно проявляется роль принципа антагонистической регуляции функций в эндокринных механизмах поддержания гомеостаза. Именно клетки АПУД-системы, продуцируя высокоактивные пептиды и биогенные амины, обеспечивают тонкую "игру" антагонистической регуляции, благодаря которой организм постоянно "живет в согласии" с внешним миром. Как только эти механизмы нарушаются, возникают заболевания - апудопатии, которые проявляются в тяжелых клинических расстройствах, в ряде случаев приводящих больных к смертельному исходу.

Если даже просто перечислить вещества, синтезируемые апудоцитами, можно быстро и легко составить пары гормонов-антагонистов. Например, гормон роста (СТГ) и соматостатин, задерживающий рост и развитие органов и тканей; меланоцитстимулирующий гормон (МСГ), усиливающий пигментацию кожи, и мелатонин, ослабляющий ее; инсулин, снижающий уровень сахара в организме, и глюкагон - контринсулярный гормон, повышающий концентрацию сахара в крови; паратгормон, понижающий уровень кальция, и кальцитонин, увеличивающий его; фолликулостимулиругощий гормон (ФСГ), активирующий рост и созревание фолликулов яичника, и лютеотропный гормон (ЛТГ), тормозящий эти процессы. Полный перечень таких пар занял бы несколько страниц. Кроме того, почти все гормоны двулики, они могут вести себя и друг с другом, и с эффекторными органами по-разному, в зависимости от ситуации, и быть для кого-то добрым другом, а для кого-то злым недругом.

Так, например, адреналин повышает артериальное давление, но угнетает деление клеток, способствует мобилизации сахара из печени в кровь и тормозит выделение ФСГ. Серотонин способствует повышению кровяного давления, усиливает перистальтику кишечника, но тормозит моторику желудка, угнетает секрецию соляной кислоты. Гастрин стимулирует желудочную секрецию и секрецию поджелудочной железы, усиливает сокращения желудка, стимулирует проходимость желчи по желчным ходам, но снижает артериальное давление и замедляет частоту дыхания.

Более того, эффект действия гормона зависит и от дозы. Тот же серотонин в больших дозах повышает артериальное давление, в малых - снижает его. Прогестерон в больших дозах тормозит выделение ЛТГ, в малых - стимулирует этот процесс. Если к тому же учесть, что и сама концентрация всех гормонов в течение суток не является постоянной величиной, а колеблется в зависимости от самых разных причин, то остается только поражаться совершенству тех регуляторных механизмов, которые днем и ночью, в течение всей жизни мудро руководят своими темпераментными подопечными.

Темперамент гормонов (если можно употребить по отношению к ним это слово) действительно воистину безудержен. Американские ученые провели демонстративный опыт. У здорового человека 25 лет с помощью чувствительных радиоиммунологических методов с применением компьютерной обработки в течение суток каждый час брали каплю крови из пальца и исследовали содержание в сыворотке крови 30 различных жизненно важных гормонов. Тем самым практически каждый его шаг, поступок, действие отражалось в гормональном "зеркале". Настроение, физические нагрузки, восприятие происходящих событий, взаимоотношения с людьми, увлеченность работой и т. п. - все фиксировалось компьютером в цифровых величинах количества гормонов именно в данный момент времени. Через сутки у исследователей в руках была подробная карта поведения "волшебных молекул" за прошедший день. То, что они увидели, превзошло все их ожидания. Ни о какой примерности поведения не могло быть и речи. Страсти бушевали. Пляска гормонов потрясала организм.

Квалифицированных врачей различных специальностей (терапевтов, психиатров, онкологов, хирургов, невропатологов) попросили прокомментировать полученные данные, причем им сказали, что эти анализы не от одного человека, а от 24 больных с неясными диагнозами. Все специалисты были единодушны: в организме пациента с такими выраженными гормональными изменениями существует патологический процесс. Причем каждый из консультантов поставил свой достаточно серьезный диагноз. А ведь испытуемый человек был здоров, то есть регуляторные механизмы полностью компенсировали гормональные реакции, возникающие при общении с внешним миром. Компенсировали самостоятельно, за счет внутренней ауторегуляции, без дотации извне в виде лекарств и лечебных процедур.

Значит, управляя функциональной активностью эндокринных клеток, можно в значительной мере способствовать успеху лечения различных заболеваний.

 

Невидимые помощники кислорода

В сентябре 1981 года в Москве в гостинице "Космос" проходил Международный конгресс по гипербарической медицине. В советской столице, где функционирует крупнейший в мире Центр гипербарической оксигенации, собрались ученые из разных стран, посвятившие свою жизнь изучению возможностей лечения различных болезней в барокамере кислородом под повышенным давлением.

Широкое применение этого метода в лечебной практике позволило спасти множество человеческих жизней при таких смертельно опасных заболеваниях, как газовая гангрена, столбняк, стафилококковая пневмония. Благодаря барокамере многие женщины с пороками сердца ощутили радость и счастье материнства. Значительно вырос процент благополучных исходов при операциях на сердце для замены клапанов. Об этих успехах шел заинтересованный разговор на форуме медиков. Так же откровенно обсуждались ограничения и неудачи многообещающего метода.

Специалисты знают, что круг заболеваний, при которых применяется гипербарическая оксигенация (ГБО), достаточно широк. А вот эффективность метода непостоянна: при одних и тех же заболеваниях она может быть или высокой, или низкой. Да и параметры воздействия кислорода под повышенным давлением очень неодинаковы. В клиниках их подбирают эмпирически. Больные переносят одни и те же нагрузки по-разному, зачастую при совершенно отличающихся друг от друга патологических процессах используются одни и те же параметры, отсюда различен и лечебный эффект.

В чем же дело? Как объективизировать подбор режимов ГБО? Как найти в организме человека именно ту струну, на которой чудодейственный кислород может с присущим ему блеском исполнить свою партию? И должна ли она быть сольной? Может быть, гораздо ярче и сильнее она прозвучит с оркестром?

В 1963 году в Куйбышев приехал из Челябинска молодой 38-летний профессор-хирург Г. Ратнер. Его пригласили заведовать клиникой факультетской хирургии медицинского института. Сейчас заслуженный деятель науки РСФСР, профессор Г. Ратнер - один из ведущих советских хирургов, автор многих новых методов лечения, известных монографий, член международных научных обществ. Вся творческая жизнь этого талантливого ученого пронизана новаторскими идеями, поисками новых методов лечения больных, не обязательно чисто хирургических, но и дополняющих их. Именно он является пионером применения метода гипербарической оксигенации в нашей стране.

В один из воскресных дней более 20 лет назад около старой заволжской пристани профессор увидел отслужившую свой срок водолазную барокамеру. Собрав энтузиастов - врачей и студентов, он привез ее в клинику и организовал первое в стране отделение гипербарической оксигенации. Сейчас это отделение превратилось в межобластной центр, оснащено новыми современными камерами, но первая из них, любовно называемая "старушкой", занимает почетное место и продолжает лечить больных. В клинике профессора Г. Ратнера тоже не всегда все шло гладко, и врачи искали новые пути решения трудностей в лечении различных заболеваний кислородом. В 1980 году была создана научная группа, которая решила выяснить, не являются ли клетки, синтезирующие гормоны АПУД-системы, теми структурно-функциональными звеньями, через которые можно усилить лечебное действие ГБО.

Для начала провели экспериментальные исследования, позволившие выяснить поведение отдельных апудоцитов при действии ГБО. Оказалось, что клетки ведут себя неодинаково - некоторые усиливают свою активность и начинают продуцировать повышенные количества гормонов, другие - наоборот, снижают свою деятельность. Проще говоря, среди эндокринных клеток есть любители кислорода, а есть и такие, у которых он не вызывает положительных эмоций. Но равнодушных к нему нет вообще. Математики на основе многочисленных данных, полученных при изучении различных параметров давления, времени, количества сеансов, создали математическую модель поведения клеток АПУД-системы в условиях барокамеры.

Оценив результаты первых опытов, сотрудники клиники вполне резонно задумались: коль скоро кислород под повышенным давлением меняет ритм деятельности всех без исключения эндокринных клеток и тем самым уровень содержания гормонов, то как же можно проводить лечение таким, получается, мощным фактором, не учитывая наступающих при этом изменений эндокринного статуса?! Может быть, попробовать сделать кислород и гормоны союзниками в лечении? Зачем кислороду исполнять сольную партию, пусть лучше звучит оркестр, где кислород будет солистом, а гормоны - аккомпаниаторами.

Уже первые репетиции этого "ансамбля" оказались успешными. Взяли для изучения три заболевания, которые по возникновению, клиническим проявлениям и исходам были не похожи друг на друга. Но их объединяло одно - в патогенезе (механизме развития) гормональные нарушения играли далеко не последнюю роль. Это язвенная болезнь желудка, облитерирующий эндартерипт (тяжелое заболевание артерий нижних конечностей, приводящее к их гангрене) и перитонит - гнойное воспаление брюшины. Нарушения каких же гормонов играют роль в их возникновении и развитии? Для язвенной болезни желудка это гастрин, серотонин и соматостатин. Для эндартериита - адреналин и норадреналин. Для перитонита - так называемые "медиаторы воспаления" - серотонин, гистамин, адреналин и норадреналин.

#image025.jpg

При язве желудка отмечается гиперпродукция гастрина, что приводит к самоизъязвлению слизистой оболочки, а недостаток серотонина уменьшает выработку слизи, защищающей эпителий желудка от переваривающего действия гастрина

При язве желудка отмечается гиперпродукция гастрина, что приводит к самоизъязвлению слизистой оболочки, а недостаток серотонина уменьшает выработку слизи, защищающей эпителий желудка от переваривающего действия гастрина. Соматостатина, так же как и гастрина, вырабатывается больше, он тормозит регенераторные процессы, не дает клеткам размножаться и тем самым закрыть язвенный дефект. Следовательно, чтобы достичь успеха в лечении язвенной болезни, необходимо снизить выработку эндокринными клетками желудка гастрина и соматостатина и усилить синтез серотонина. Зная, как ведут себя соответствующие апудоциты, синтезирующие эти гормоны при ГБО, математики рассчитали сочетание параметров давления кислорода, времени и количества сеансов, оптимальных для создания такого эндокринного статуса. И что же? Союз кислорода с гормонами оказался успешным. Оркестр звучал стройно и сильно. В группе больных, подвергнутых лечению по новой методике, результаты были в несколько раз лучше, чем у больных, лечившихся по параметрам, подобранным эмпирическим путем.

Такие же положительные результаты были получены и при другой патологии. Снижение продукции адреналина и норадреналина у больных эндартериитом усиливало, лечебное действие кислорода. Соответствующие режимы действия барокамеры при перитоните в подавляющем большинстве случаев позволили "выключить из игры" медиаторы воспаления, снизить их синтез и тем самым оборвать гнойный процесс. Сочетание лечения с современным радиоиммунологическим анализом позволило конкретизировать режимы воздействия для каждого больного и контролировать процесс воздействия кислорода под повышенным давлением в течение всего курса лечения больных в барокамере.

Новое направление целенаправленного лечения больных с использованием гормонотропных свойств кислорода под повышенным давлением, о котором было доложено на Московском конгрессе, вызвало большой интерес специалистов разных стран. Оно сейчас с успехом используется и развивается дальше как у нас в стране, так и за рубежом, а в клинике профессора Г. Ратнера продолжают неутомимо искать другие, новые пути решения еще не решенных задач.

 

Защитник сладкоежек

Среди многих гормонов, вырабатываемых в живом организме, есть один, который на протяжении вот уже более 50 лет привлекает широкое внимание исследователей. Сейчас он даже переживает свое второе рождение. Это инсулин.

Первым и единственным местом его выработки, как считалось до недавнего времени, была поджелудочная железа, но оказалось, что не она одна. Его близнецы - инсулиноподобные факторы - в последние годы были обнаружены в печени, почках, эндотелии сосудов, головном мозге, слюнных железах, гортани, вкусовых сосочках языка. Инсулин также находят в растениях, дрожжах, бактериях. И круг интересов инсулина стал заметно шире при детальном анализе. Если раньше ученые полагали, что его единственной функцией является снижение содержания сахара в организме, то сейчас известно его регулирующее влияние на процессы клеточного деления и дифференцировки, рост опухолей, обмен белков и жиров и на многие другие метаболические реакции и физиологические функции. Эти обстоятельства еще больше "подогрели" интерес к нему. В научной литоратуре возник самый настоящий инсулиновый бум. Наверное, и нам будет небезынтересно поближе познакомиться с ним - гормоном, который еще называют "трижды первым". Почему? Потому что инсулин был ПЕРВЫМ гормоном, для которого была установлена пептидная природа. Это был ПЕРВЫЙ пептид, первичная структура которого была расшифрована, и он явился ПЕРВЫМ гормоном, который удалось получить синтетическим путем.

История открытия инсулина отражает последовательность усовершенствования методических приемов научного познания, прошедшего длительный и трудный путь от простого наблюдения до чрезвычайно сложных аналитических подходов.

Еще в древней Греции врачам были известны заболевания, протекающие с обильным выделением мочи (мочеизнурением). Эти болезни стали именовать "диабетом" (в переводе с греческого - "протекающие сквозь"). Название сохранилось до сих пор, хотя сейчас установлено, что диабет может быть двояким - сахарным и несахарным. Сахарный диабет встречается гораздо чаще, и поскольку именно он связан с инсулином, то и речь дальше пойдет только о нем.

Известный английский врач Т. Виллпс (который, кстати, был и одним из учредителей Лондонского королевского общества) славился своей любознательностью. В стремлении выяснить истину его ничто не могло остановить. Именно он впервые связал развитие диабета с повышенным уровнем сахара в организме. Прибором для этого ему послужил один из самых надежных и чувствительных аппаратов - собственный язык. Попробовав на вкус мочу диабетиков, Виллис убедился в том, что она сладкая. Но на эту находку Виллиса как-то не обратили должного внимания, восприняв ее как причуду почтенного медика. И только через 100 лет после Виллиса другой английский врач П. Добсон установил, что в моче диабетических больных содержится сахар - глюкоза.

Возник вопрос: с чем связано повышение уровня сахара при диабете? Где находится тот контролер, который перестает выполнять свои прямые обязанности - следить за концентрацией глюкозы в организме? Понять это опять помог случай.

Немецкие ученые И. Меринг и О. Минковски занимались изучением роли поджелудочной железы в процессе пищеварения. Каково же было их удивление, когда однажды утром, придя на работу и заглянув в операционную, где с вечера была оставлена собака, у которой накануне удалили поджелудочную железу, экспериментаторы увидели, что она вся была облеплена мухами. Осмотрен животное, они поняли, что мух привлекал сахар, в избытке содержащийся в моче собаки. Предприняв, теперь уже специальные, исследования, немецкие ученые в 1889 году убедительно показали, что у собак с удалёнными поджелудочными железами развиваются все признаки сахарного диабета, приводящие их к скорой смерти. Так была раскрыта конспирация поджелудочной железы. Оставалось узнать хозяина этого подполья.

Долгое время, несмотря на усиленные поиски, ему удавалось скрываться. Но в 1916 году английский физиолог Э. Шарпи-Шефер предположил, что группы железистых клеток, лежащие в поджелудочной железе в виде островков, обнаруженные впервые в 1869 году немецким патологом П. Лангергансом и получившие его имя, производят гормон, регулирующий уровень сахара в крови. Шарпи-Шефер предложил назвать гипотетическое вещество инсулином (от латинского insula - островок).

Первые попытки выделить неизвестный гормон из островков Лангерганса "успеха не имели. Однако эти неудачи тоже внесли свой вклад в будущие открытия. Именно благодаря им ученые предположили, что гормон должен иметь белковую (пептидную) природу, поскольку причиной неудачного выделения молено было считать возможность разрушения искомого белка собственными протеолитическими ферментами поджелудочной железы.

В обычный день 1920 года, когда 29-летний сотрудник университета Западного Онтарио (Канада) Фредерик Баптинг читал в одном из научных журналов статью о том, что при закупорке протока поджелудочной железы атрофируются клетки, продуцирующие пищеварительные ферменты, он даже не предполагал, что эти сведения приведут его к награде, о которой мечтает каждый ученый - Нобелевской премии. Причем приведут скоро - всего лишь через три года. Он не знал, что именно ему будет принадлежать слава первооткрывателя инсулина, он работал…

Заинтересовавшись данными, изложенными в статье, Ф. Бантинг вспомнил об экспериментах русского ученого Л. Соболева, который еще в начале XX века установил, что диабет не связан с перевязкой протока поджелудочной железы. Бантинг, повторивший опыт Соболева, убедился в том, что действительно при нарушении протока поджелудочной железы островки Лангерганса сохраняются. Тогда он решил попытаться выделить гормон не из нормальных, а из тех поджелудочных желез, у которых были перевязаны протоки, предохраняя тем самым инсулин от ферментативного расщепления.

Свою идею Бантинг рассказал известному канадскому естествоиспытателю Дж. Маклеоду - руководителю кафедры физиологии университета в Торонто. Маклеод горячо поддержал намерения Бантинга и вместе со своей хорошо оснащенной лабораторией предоставил в его распоряжение помощника - студента 5-го курса Чарлза Беста - хорошо зарекомендовавшего себя молодого исследователя, искусно владевшего химическими методами определения сахара в крови. Успех пришел быстро. Уже в августе 1921 года они получили очищенные препараты гормона и убедились в его сильном лечебном действии на собаке, страдавшей тяжелой формой экспериментального диабета. Вскоре исследователи научились выделять инсулин из поджелудочных желез телят и коров. Фармацевтические заводы стали производить в больших количествах этот гормон, получая сырье для него на мясокомбинатах. Сотни тысяч больных смогли пользоваться мощным средством борьбы с тяжким недугом.

В 1923 году за выдающиеся исследования Ф. Бантинг и Дж. Маклеод получили Нобелевскую премию. Свою часть премии Бантинг поделил с Бестом. После открытия инсулина Фредерик Бантинг проработал только 18 лет… В самом расцвете творческих сил трагически оборвалась жизнь выдающегося ученого, которому миллионы людей обязаны жизнью. В 1941 году в возрасте 50 лет он погиб в авиационной катастрофе.

Первое введение инсулина больному сахарным диабетом было осуществлено в январе 1923 года - через 17 месяцев после открытия гормона. Такой короткий срок может служить примером, достойным подражания при внедрении современных результатов исследования в практику здравоохранения. С тех пор инсулин лечит больных. А больных, нуждающихся в нем, много. Недаром сахарный диабет называют "болезнью цивилизации". В настоящее время, по данным ВОЗ, на Земле насчитывается более 70 миллионов человек, страдающих этим заболеванием. В СССР при обследовании 25 тысяч лиц старше 35 лет у 1,4 процента был обнаружен явный сахарный диабет и у такого же количества людей - скрытая его форма. Среди каждых 580 рожениц одна больна сахарным диабетом. Помимо того, что диабет без лечения протекает с тяжелыми осложнениями, у беременных женщин без соответствующей терапии он может послужить причиной врожденных уродств и тяжелых нарушений обмена новорожденных детей.

Несмотря на сильный лечебный эффект инсулина, его применение весьма ограниченно. Во-первых, потому, что действует он только при введении в кровь (то есть инъекциях), и при этом лечебный эффект сохраняется лишь в течение 4-6 часов. Затем инъекции необходимо повторять. Во-вторых, при передозировке инсулина возникает серьезное осложнение - гипогликемия (резкое падение содержание сахара). Иногда снижение концентрации сахара может быть так выражено, что наступает гипогликемический шок с потерей сознания, судорогами, требующий принятия экстренных реанимационных мер. А снизить дозу инсулина - значит не получить желаемого лечебного эффекта. Для достижения оптимального воздействия и отсутствия осложнений необходимо контролировать лечение. Доза инсулина, получаемая больным, должна строго коррелировать с содержанием сахара в сыворотке крови пациента. Реально этого добиться трудно, так как препарат вводят несколько раз в день, а анализы делают время от времени.

Где же выход? Ученые ищут новые, более надежные, эффективные и безопасные методы лечения диабета. Ищут аналоги - заменители инсулина. Еще в 1942 году было обнаружено сахаропонижающее действие производных стрептоцида. На их основе были созданы новые лекарства для диабетиков - бутамид, глибенкламид и другие. Их принимают внутрь, они не вызывают аллергических реакций (ведь инсулином больные пользуются не человеческим, хотя сейчас пытаются наладить синтез человеческого инсулина биотехнологическим путем). Однако, к сожалению, только один из трех больных сахарным диабетом может обходиться без инсулина. Так что пока попытки заменить инсулин равными ему по эффекту препаратами полным успехом не увенчались.

В связи с этим проблема дозирования гормона и увеличения продолжительности его действия остается актуальной. В последние годы разработан ряд препаратов инсулина с пролонгированным (удлиненным) эффектом. Так, для повышения устойчивости инсулина к разрушающим его ферментам гормон соединяют с особым белком - протамином, получаемым из семенников рыб. Присоединение к этому комплексу цинка образует нерастворимую в воде соль. Полученный таким образом препарат "протамин-цинк-инсулин" после однократной инъекции оказывает сахаропонижающий эффект на 30- 36 часов.

Сейчас усиленно ведутся работы по созданию липосом - микроскопических капсул из жироподобных веществ, заполняемых лекарствами. Такие капсулы могут с успехом заменить инъекционные методы лечения. Их маленькие размеры (диаметр 14-15 нанометров) позволяют свободно проникать через стенку кишечника в кровь. Первые попытки введения в организм инсулиновых липосом оказались успешными.

#image026.jpg

Сейчас усиленно ведутся работы по созданию липосом - микроскопических капсул из жироподобных веществ, заполняемых лекарствами

Несомненный интерес для радикального решения проблемы дозирования представляет создание искусственной поджелудочной железы. Такие разработки уже реализуются в практике. Подобные аппараты состоят из датчика, вживляемого под кожу, который следит за концентрацией сахара, микрокомпьютера, дозатора и насоса, впрыскивающего инсулин в брюшную полость. Дороговизна и пока еще довольно большой вес (400 граммов) ограничивают применение этих моделей. Перспективны и идеи трансплантации поджелудочной железы под кожу человека. Для преодоления трансплантационного иммунитета пересаживается не целый орган от взрослого организма, а культура инсулинпродуцирующих В-клеток поджелудочной железы, заключенная в капсулу, проницаемую для сахара и инсулина, но непроницаемую для белков, вызывающих иммунологическую реакцию отторжения. Последние два направления успешно развиваются в НИИ трансплантологии и искусственных органов АМН СССР под руководством члена-корреспондента АМН СССР В. Шумакова.

Без инсулина организм существовать не может. И дело не только в том, что при этом происходит накопление сахара со всеми вытекающими отсюда трагическими последствиями, но и в необходимости инсулина для обеспечения самых разных физиологических процессов, начиная от регуляции обмена углеводов и кончая клеточным делением, развитием и размножением живых организмов.

Многообразие форм участия инсулина в процессах жизнедеятельности определяет широту мест его синтеза. В последние годы даже удалось показать, что эритроциты являются депо инсулина и осуществляют по отношению к этому гормону транспортную функцию, перенося его в различные органы и ткани.

При нормальной работе поджелудочной железы и достаточной выработке инсулина сладкоежки могут быть спокойны. Однако и они должны помнить мудрое напутствие Козьмы Пруткова: "Излишество вредит" - и не потреблять углеводы без разбору, ни в чем себя не ограничивая. Ученые показали, что длительное неумеренное потребление сладостей "расхолаживает" инсулярный аппарат, деморализует его и приводит к халатности инсулина, который перестает твердо отстаивать интересы организма. Так что, хоть инсулин и друг сладкоежек, но, как гласит пословица: "Доверяй, но проверяй", и если есть возможность не съесть конфету или пирожное, поверьте, что лучше от них отказаться и тем самым убедиться в своей силе воли.

 

Сердечные тайны

Есть в организме человека орган, пользующийся особым вниманием. Это наш "вечный двигатель" сердце. Именно оно - источник жизни, с ним олицетворяют чувства, характер, его состоянием определяют помыслы, мечты, стремления. Да и вообще вся жизнь людей в длинной многовековой истории человеческого общества издавна связывалась с сердцем. Когда мы говорим "добросердечный человек", "легко или тяжело на сердце", "сердцем почувствовал", мы уже тем самым выделяем сердце из общего перечня всех органов и отводим ему особое место в нашей жизни.

Если подходить формально и считать, что сердце, как впервые в 1628 году написал древнеримский врач и анатом В. Гарвей, не что иное, как насос, перекачивающий кровь, то даже эта его функция уже настолько важна и уникальна, что дает право относиться к нему с должным уважением.

Работая без устали, сердце в течение всей жизни перекачивает кровь и днем и ночью. Почему оно не устает и не останавливается? Откуда оно знает, с какой скоростью сокращаться и когда менять свой ритм? Что заставляет его поддерживать общий объем циркулирующей крови равномерно в артериальном и венозном руслах? Таких вопросов можно задать десятки.

До 50-х годов нашего столетия ответ на все вопросы был однозначен: регуляция деятельности сердца осуществляется нервно-рефлекторными механизмами. И это правда. Но только ли ими? И все ли проявления сердечной деятельности контролируются нервной системой? Ведь, например, для поддержания кровяного давления на строго определенном уровне необходимо участие, наряду с внутренними механизмами самого сердца, и клеток надпочечника и канальцевого аппарата почек. Но ведь трудно даже представить существование такой сложной (и просто длинной!) рефлекторной дуги, которая бы замыкала сердце через надпочечники с почками. Сама собой напрашивалась гипотеза о существовании в сердце какого-то химического фактора, участвующего в регуляции объема циркулирующей крови, давления крови, выведении из организма натрия, калия и воды. Косвенно об этом свидетельствовал и факт увеличения выведения из организма натрия и воды при растяжении верхних отделов сердца у экспериментальных животных.

Если химический фактор, обладающий биологической активностью, в сердце существует, то где он может находиться? Подозрение стали вызывать описанные в 60-х годах нашего века американцами Б. Кишем, Дж. Джеминсоном и Дж. Паладе электронно-плотные гранулы в мышечных клетках предсердий, очень похожие на секреторные гранулы эндокринных клеток. И действительно, при проведении тщательных сравнительных исследований в 1974 году группа канадских ученых из университета в Монреале во главе с M. Кантеном и Ж. Жене установила структурное сходство этих гранул с эндокринными гранулами апудоцитов гипофиза и поджелудочной железы.

#image027.jpg

Если химический фактор, обладающий биологической активностью, в сердце существует, то где он может находиться?

Проведенные авторадиографические исследования с введением в организм животных меченых аминокислот позволили установить пептидную природу этих гранул. Не имея подходов к прямой идентификации пептидного гормона, синтезируемого в гранулах предсердий, исследователи предприняли "обходной маневр" - решили посмотреть, существует ли зависимость между изменением количества секреторных гранул в миокардиальных клетках и такими важными физиологическими процессами для саморегуляции деятельности сердца, как выведение из организма воды и натрия. Эксперименты подтвердили такую связь: сотрудник Парижского университета П. Атт в 1976 году обнаружил увеличение количества гранул в мышечных клетках сердца при гипонатриевой диете животных, а в 1981 году в Королевском университете Кингстона (Канада) А. де Болд и X. Зонненберг установили быстрое, кратковременное, но значительное увеличение диуреза (выведения жидкости из организма) и натрийуреза у крыс с введенным гомогенатом предсердий других крыс. Пептидный фактор, содержащийся в гомогекате, решили назвать предсердным натрийурическим фактором (ПНФ). Таким образом, впервые появились основания считать сердце эндокринным органом. Уже упоминавшиеся нами Марк Кантен и Жак Жене так и назвали свою статью о ПНФ, опубликованную в журнале "Scientific American", "Сердце - эндокринная железа".

Познакомившись накоротке с новым гормоном, ученые решили детально разобраться с его родословной и способностями. В июне 1983 года M. Каитен, Ж. Жене и Р. Натт сумели выделить, очистить и впоследствии синтезировать ПНФ. Он оказался полипептидом, состоящим из 28 аминокислотных остатков. Совсем недавно был идентифицирован геи, кодирующий синтез ПНФ, налажен биотехнологический выпуск этого гормона и моноклональных антител к нему. Получение специфических антител к ПНФ дало возможность в короткие сроки изучить распределение ПНФ в организме человека и животных и оценить его биологические эффекты.

Клетки, вырабатывающие ПНФ, не являются истинно эндокринными. Это - кардиомиоциты (мышечные клетки предсердий), которые в процессе своего развития приобрели специфическую функцию эндокринных клеток - способность синтезировать гормоны. Подобные кардиомиоциты - не единственный и далеко не уникальный пример клеток-сфинксов, или, как их еще называют, клеток-химер, сочетающих одновременно структурные и функциональные черты клеток различных тканевых типов. Мы уже упоминали о том, что способность к синтезу гормонов присуща и остеобластам (костным клеткам), и гепатоцитам - клеткам печени, и некоторым клеткам крови - моноцитам, тромбоцитам, эозинофилам, лимфоцитам. Это не случайно. Тем самым проявляются ауторегуляторные свойства клеточных структур - заложенный природой механизм их быстрой (иногда моментальной) адаптации к изменяющимся условиям существования. Кардиомиоциты, синтезирующие ПНФ, - прекрасный пример проявления природой той функциональной разумности, которая не перестает поражать ученых и конструкторов. Признавая это, они создали особую науку - бионику, разрабатывающую технологические механизмы на основе устройства и функционирования биологических систем.

Саморегуляция работы сердца - "вечного двигателя" человеческого организма, далеко еще не познана. Во многих странах и лабораториях группы различных специалистов разгадывают его тайны. Настойчивость и целеустремленный поиск способствуют успеху. Открытие ПНФ - еще один важный этап в этом неустанном поиске.

Итак, ПНФ находится в секреторных гранулах мышечных клеток предсердий. Обладая важными биологическими свойствами - способностью менять ритм деятельности сердца через иоино-натриевые механизмы, которые, в свою очередь, включают целую цепь обменных процессов, он, как верный страж порядка в организме, готов в любую минуту по первому зову прийти на помощь. Что же служит сигналом к его выбросу в кровь и началу его деятельности? Пусковым фактором, как установили ученые, является растяжение кардиомиоцитов. Как только увеличивается объем циркулирующей крови в силу различных причин (например, при физических нагрузках, эмоциональных переживаниях - прилив крови при волнениях, родовой деятельности и т. п.), сразу увеличивается концентрация ПНФ в крови. Причем это повышение довольно значительно. Так, у экспериментальных животных при создании стрессорной ситуации уровень ПНФ возрастает в 10-20 раз, у больных сердечными пороками с увеличенным объемом циркулирующей крови концентрация ПНФ в крови повышается в 6-8 раз.

Увеличение содержания ПНФ сразу же влечет за собой уменьшение концентрации натрия в содержимом почечных канальцев, что, в свою очередь, стимулирует выработку почками особого гормона - ренина, который ответственен за изменение уровня артериального давления. Патология выработки ренина лежит в основе многих форм гипертонической болезни, особенно развившейся в молодом возрасте. Кардиомиоциты, регулируя выработку ПНФ, "следят" за изменением концентрации ренина и тем самым контролируют уровень артериального давления в организме.

ПНФ также определяет тонус сосудистой стенки, участвует в процессах изменения калибра сосудов путем влияния на мышечную стенку артерий и вен. И если добавить, что ПНФ действует на процессы переноса кальция на мембраны кардиомиоцитов, которые лежат в основе возбудимости и сократимости миокарда, то становится очевидным, что именно ПНФ является универсальным регулятором всех проявлений сердечной деятельности. Как раз этим объясняется такой повышенный интерес к данному гормону, наблюдаемый сейчас не только среди теоретиков, но и среди клиницистов-кардиологов. Он уже находит выход в практику.

В последние годы ведутся обширные исследования по изучению возможности применения ПНФ в качестве лекарственного средства для лечения различных заболеваний сердца. Так, имеются данные о хорошем терапевтическом эффекте ПНФ при гипертонии, застойной сердечной недостаточности, нарушениях ритма сердца после перенесенных инфекций и инфаркта миокарда.

ПНФ способен связываться с различными структурными элементами ресничного тела глаза и принимает непосредственное участие в регуляции внутриглазного давления. Это открывает новые методические возможности в успешном лечении такого тяжелого и распространенного заболевания, как глаукома, которая ежегодно приводит к слепоте десятки тысяч человек.

Поскольку ПНФ существенно влияет на выделение солей и воды почками, в последние годы начали изучать возможность его применения у больных с соответствующей патологией.

Поиск ведется, но существует еще много препятствий на пути создания лекарственных препаратов на основе ПНФ. Пока еще неизвестны все факторы, вызывающие выброс ПНФ из кардиомиоцитов, неясны механизмы воздействия ПНФ на почечные канальцы. К сожалению, пока еще не разработаны надежные методы получения аналогов ПНФ, способных избирательно связываться с теми или иными структурами, что крайне необходимо для прицельного лечения различных заболеваний. Эти вопросы требуют своего выяснения. И здесь есть все основания для оптимизма. Ведь решение подобных частных проблем гораздо проще, чем установление фактов о наличии ПНФ (предсердного натрийурического фактора) и его локализации.

Можно надеяться, что к концу XX столетия медицина получит новые мощные кардиотропные лекарственные препараты, которые будут успешно применяться при лечении различных заболеваний.

Так история с загадочным незнакомцем ПНФ опять подтверждает революционизирующую роль эндокринологии в современной биологии и медицине.

 

С "убийц" срывается маска

Органы кроветворения (селезенка, костный мозг) и сама кровь очень богаты различными клеточными элементами. Это и эритроциты - красные кровяные тельца, переносящие кислород, и лейкоциты, с которыми связана антимикробная функция крови, и лимфоциты - особые клетки, защищающие организм от любого чужеродного влияния.

Среди лимфоцитов в середине семидесятых годов нашего столетия были обнаружены клетки, в цитоплазме которых содержалось большое количество секреторных, гранул (их так и назвали - большие гранулярные лейкоциты - БГЛ). БГЛ обладали удивительной, только им присущей функцией - они убивали опухолевые клетки. Достаточно было к культуре опухолевых клеток прилить взвесь БГЛ, как опухолевые клетки погибали. Причем, что интересно, БГЛ не обладали видовой специфичностью и действовали на клетки любых опухолей. Например, мышиные БГЛ убивали опухолевые клетки и у подобных им животных, и у крыс, кроликов, собак и т. д. Ученые были ошеломлены установленным фактом и назвали эти клетки естественными киллерами (от английского слова killer - убийца). С тех пор интерес к киллерам растет день ото дня, количество опытов по изучению их противоопухолевых свойств, проведенных в различных вариантах, не поддается подсчету, и какие бы модификации экспериментов ученые ни придумывали, киллеры всегда убивают опухолевые клетки. Казалось бы, все - наконец-то найден путь к успешному излечению рака - вводи взвесь киллеров в опухоль, и она рассосется! Увы, нет. В жизни все посложнее, чем в сказке, и те же волшебники-киллеры, побеждающие раковые клетки-злодеи, успешно сражались с ними только в культуре тканей, а в живом организме работали гораздо хуже. Что же мешает им действовать в живом организме? Какие механизмы надо выключить (или включить), чтобы сделать их такими же активными, как в условиях лабораторного эксперимента?

Для ответа на этот вопрос нужно найти разгадку другого: за счет чего киллеры поражают опухоль? В этих двух направлениях ученые и устремили свои поиски. Пройден большой путь. За короткий срок уже расшифровано их строение, описаны различные их типы, всесторонне изучены их биохимические свойства, найдены специфические протеолитические ферменты, способствующие расплавлению мембраны опухолевых клеток и оголяющие их. Опухолевые клетки тем самым становятся доступными воздействию активных противоопухолевых факторов киллеров.

Но свою главную загадку киллеры хранят строго. Что же это за активный фактор, так чудесно побеждающий опухоль? Его истинного лица пока никто не знает. Оно в маске. Несмотря на энергичные попытки, ученые сорвать ее не смогли, но заглянуть под нее все-таки удалось.

Помните, мы писали, что в киллерах есть секреторные гранулы? Это свойство и отличает их от других лимфоцитов. Но ведь случайного ничего не бывает. Если есть гранулы, значит, в них что-то хранится? А если в гранулах содержится какое-то вещество, следовательно, оно необходимо для выполнения какой-то функции? Эту абстрактную последовательность вопросов мы конкретизировали применительно к антиопухолевым свойствам киллеров. Проблема, требующая своего разрешения, зазвучала так: не содержится ли в секреторных гранулах какое-то биологически активное вещество, которое действует на опухоль разрушающе?

Постановка такого вопроса оказалась настолько серьезной, что требовала отложить все дела и взяться за ее разрешение. И группа сотрудников Института медицинской радиологии АМН СССР решила попробовать приоткрыть лицо киллеров, спрятанное под таинственной маской. Хотя маска тщательно скрывала его, что-то неуловимо знакомое угадывалось в общих очертаниях скрытого лика. Что же? Чем дольше и внимательнее смотрели мы на фотографии "убийц", тем меньше и меньше оставалось сомнений в том, что "родимые пятна" киллеров - гранулы - очень похожи на гранулы эндокринных клеток - апудоцитов. Возражения некоторых исследователей (они считали их лизосомами - особыми клеточными структурами, содержащими ферменты, переваривающие чужеродные частицы, попавшие в клетку) были поколеблены тем, что специфическая электронно-микроскопическая реакция (так называемый уранафинный метод), характерная для гранул эндокринной природы, оказалась положительной по отношению к гранулам киллеров. А тут появилась и дополнительная улика - японские ученые И. Тсутсуми и И. Шиода в 1984 году сообщили о том, что специфический маркер естественных киллеров - антиген Leu-7 положительно реагирует и с мембранами эндокринных клеток. Оставалось подтвердить возникшее подозрение. Что мы и сделали.

#image028.jpg

С убийц срывается маска

Из крови людей особым способом была выделена фракция естественных киллеров. На этой фракции была проведена иммуногистохимическая реакция с использованием специфических антисывороток против различных 17 гормонов. Реакция оказалась положительной в трех случаях: с антисыворотками против серотонина, мелатонина и β-эндорфина. В остальных 14 случаях она была отрицательной. Таким образом, впервые был установлен принципиально новый научный факт - естественные киллеры способны синтезировать гормоны.

Электронно-микроскопические исследования показали, что эти гормоны содержатся именно в секреторных гранулах. Воодушевленные успехом, исследователи решили Попытаться ответить на второй вопрос: связана ли выработка серотонина, мелатонина и β-эндорфина в гранулах киллеров с их цитотоксическими антиопухолевыми свойствами?

В последующих экспериментах определилось наличие прямой связи между действием киллеров на опухолевые клетки и синтезом гормонов в их гранулах. При слиянии клеток-киллеров с опухолевыми клетками на электронно-микроскопическом уровне было видно, как гранулы проходили через мембрану киллеров и внедрялись в опухолевые клетки, вслед за чем наступала деструкция последних.

Несмотря на интересные данные, полученные в ходе экспериментов, успех нельзя считать полным. Это только хорошее предисловие, пролог к основным действиям, которые могут разыграться очень успешно, если их продуманно и правильно поставить. Теперь все зависит от режиссеров и актеров, труппа должна быть сильной и разносторонней. Дело в том, что хотя серотонину, мелатонину и β-эндорфину присущи довольно выраженные антиопухолевые свойства, однако несомненно, что противоопухолевый эффект действия естественных киллеров не связан только с ними. Ведь и до этого изучалось действие данных гормонов на опухолевый рост. Было отмечено, что в ряде наблюдений они замедляют рост опухолей, но результативность их действия не идет ни в какое сравнение с эффектом киллеров: последние всегда убивают опухолевые клетки!

Исследования продолжаются. Мы полагаем, что серотонин, мелатонин и β-эндорфин участвуют в цитотоксическом эффекте, возможно модулируя (то есть создавая условия) осуществление киллерного действия. Но в киллерах скорее всего "прячется" еще какой-то волшебник пептидной природы. Может быть (и вполне вероятно, что это так), он нам еще вообще неизвестен. Но его обязательно надо найти. Здесь нужна кооперация квалифицированных специалистов различного профиля: патологов, онкологов, биохимиков, морфологов и т. п. Если этот волшебник действительно существует и при проверке покажет свои уникальные способности без промаха убивать опухолевые клетки, тогда появятся все предпосылки, чтобы "приручить" его и привлечь к борьбе против рака. Ну что же, впереди увлекательный поиск с находками и потерями, успехами и неудачами, радостями и разочарованиями, но цель поставлена, и будем к ней идти.

 

Организм - фабрика лекарств

Любое лекарство вредно. "Как, удивится читатель, - лекарства же лечат!" Совершенно правильно лечат, но одновременно оказывают и отрицательное действие на организм. Просто из двух зол выбираешь меньшее - борешься с болезнью, закрывая глаза на мелкий вред другим, здоровым органам. Но из малого слагается большое, поэтому все большее и большее внимание ученых привлекают идеи поиска лекарств в самом организме, другими словами - использование естественных эндогенных продуктов в качестве лекарственных препаратов.

Действительно, уже обнаружено немало лекарств, синтезируемых в самом организме. Это уже знакомые вам эндорфины и другие гормоны, используемые в клинической практике (инсулин, кортизол, гормон роста, соматостатин и др.), витамины. Совсем недавно сотрудники Национального центра психического здоровья США сообщили об обнаружении в головном мозге человека веществ, родственных транквиллизаторам - препаратам о успокаивающим действием.

В последние годы появляются работы об идентификации одних и тех же химических продуктов, в том числе и гормонов у животных и растений. Недавно группа американских авторов сообщила об обнаружении в растениях инсулина и других биологически активных веществ. Кажущиеся на первый взгляд парадоксом, эти сведения свидетельствуют о единстве живого мира, об унитарности происхождения жизни на Земле и создают почву для более успешного поиска естественных лекарственных средств.

Среди лекарственных препаратов важное место занимают сердечные гликозиды - вещества, содержащиеся в растении наперстянке. Эти лекарства широко применяются для лечения сердечно-сосудистых расстройств, связанных с нарушениями ритма и сердечной проводимости. В нашей лаборатории была предпринята попытка выявить эндогенные (собственные) источники синтеза веществ, обладающих физиологическими и фармакологическими свойствами, характерными для сердечных гликозидов. Медицинские и социальные последствия успеха этого поиска очевидны. Регулируя активность продукции таких веществ в организме, можно предупреждать и успешно лечить нарушения деятельности сердца, не прибегая к помощи сердечных капель и пилюль.

Проведенные на собаках исследования показали, что в организме существуют клеточные источники выработки сердечных гликозидов. Клетки, продуцирующие эти вещества, располагаются в различных отделах головного мозга, стенке предсердий, печени и поджелудочной железе. Таким образом, впервые были получены данные о наличии эндогенных клеточных источников синтеза веществ, подобных сердечным гликозидам, в живом организме. По аналогии с эндорфинами - эндогенными аналогами морфия растительного происхождения, сердечные гликозидоподобные вещества, синтезирующиеся в организме, можно обозначить термином "эндокорзиды" (эндогенные сердечные гликозиды).

Выделение эндокорзидов и выяснение их химической природы - дело ближайшего будущего. Но уже сейчас ясно, что обнаружение эндогенных источников возможного синтеза сердечных гликозидов открывает новое перспективное направление в исследованиях по фармакотерапии сердечно-сосудистых заболеваний.

С каждым годом фабрика лекарств в организме продолжает расширяться. Растут новые цеха, осваиваются новые мощности, модернизируются конвейерные линии. Научно-технический прогресс, охватывая все большие и большие сферы жизни человеческого общества, не только активно вторгается в биологию и медицину, но и использует их достижения. Совсем недавно возникла новая отрасль современной индустрии - биотехнологическая промышленность. Дрожжи, микробы, бактерии, вирусы, культуры клеточных колоний успешно работают по программам, заданным учеными, синтезируя белки, гормоны, ферменты, витамины, необходимые народному хозяйству.

Возможно, наступит такой день, когда закроется последняя аптека. Люди прекратят принимать лекарства, а врачи научатся лечить болезни, используя не фармацевтические средства, а сам организм, его обширные кладовые с огромным запасом чудесных молекул. Фантазия? Пока да, но в пей очень много реального…

 

Феромоны - гормоны общения

Эндокринная клетка, синтезируя определенный гормон, посылает с ним клетке того или иного органа "руководство к действию".. Иными словами, гормоны - это слова и фразы в химическом языке жизни, средство общения различных органов между собой. Но гормоны могут выполнять координирующую роль и в поведении живого существа. Они определяют взаимоотношения даже в мире животных, стоящих на низших ступенях эволюционной лестницы, - у птиц, рыб, насекомых.

Такие вещества, которые выделяются особыми клетками у животных, имеющие характерную для гормонов пептидную или стероидную структуру и специфически влияющие на поведение или физиологическое состояние других представителей того же вида, названы феромонами (от греческого phero - несу и hormao - привожу в движение, возбуждаю).

Феромоны - это гормоны общения. Они тоже служат химическими почтальонами, передают информацию. Только не от клетки к клетке, а от одних особей к другим. Разнообразие феромонов велико. Существуют половые феромоны, обеспечивающие встречу и узнавание особей разного пола и стимулирующие половое поведение; феромоны тревоги; следовые феромоны; агрегационные феромоны, вызывающие скопления большого числа особей; территориальные феромоны. Наиболее важны феромоны для насекомых. Они играют в их жизни исключительно важную роль, регулируя всю сложную систему иерархии в колонии, активность и характер деятельности различных каст насекомых.

Феромоны даже в минимальных концентрациях обладают чрезвычайно сильным запахом. Улавливая его, животные реагируют определенным образом, что и отражает непосредственную связь между феромонами и гормонами. Если гормон - это замок, запирающий и отпирающий определенную дверь, то феромон - ключ к нему. Представители различного пола по-разному воспринимают запахи, отсюда их неодинаковая реакция па один и тот же феромон. Ученые установили, что мужчины и женщины обладают неодинаковым обонянием. В парфюмерии в качестве фиксатора при приготовлении различных кремов и лосьонов широко применяется особое вещество - экзальтолид. Физиологи убедительно пока зали, что женщины его ощущают, а мужчины нет, они вообще не знают, как пахнет это вещество. Но если мужчинам ввести женский половой гормон, они становятся чувствительными к запаху экзальтолида и к другим, ранее неведомым для них веществам. Свидетельством того, что различие в ощущениях запахов определяется именно половыми органами, является и тот факт, что девочки до наступления половой зрелости тоже не ощущают запах экзальтолида.

Мужские и женские особи благодаря феромонам и сами пахнут по-разному. Например, специфический запах у пчелиных маток привлекает самцов настолько сильно, что ощущается ими даже на расстоянии нескольких сот метров. Интересно, что феромоны, определяющие этот запах, не только способствуют привлечению самцов, но и заставляют их спариваться с матками. Классический опыт, демонстрирующий это явление, описан во многих учебниках по физиологии. Если смочить кусочек бумаги секретом желез пчелиной матки и подвесить его на уровне полета пчел (примерно на высоте 5 метров), то трутни будут стараться спариться с этой мнимой маткой.

Самки шелкопряда выделяют феромон бомбикол. Его название произошло от латинского наименования тутового шелкопряда - Bombyx mori. Для его идентификации исследователям пришлось удалить пахучие железы у более чем 300 тысяч самок шелкопряда, из которых путем многоразовых экстракций выделили 4 миллиграмма феромона. Эта поистине гигантская многолетняя работа увенчалась успехом. Ученые показали, что бомбикол - чрезвычайно активный феромон. Достаточно одной миллионной доли пикограмма (а 1 пикограмм равен миллионной доли грамма) феромона, чтобы самец шелкопряда пришел в возбужденное состояние.

Половые феромоны очепь быстро нашли широкое применение в сельском хозяйстве. С их помощью удается заманить на ограниченную территорию большое количество вредных насекомых, подлежащих уничтожению, и воздействовать на них определенным специфическим химическим веществом. Использование феромонов значительно повышает эффективность борьбы с вредителями й удешевляет проведение подобных мероприятий. Так, например, достаточно посадить в ловушку одну самку жука-пилильщика (вредителя древесины), чтобы в очень короткий срок в ней оказалось до 11 тысяч самцов! Чем не пример коварства и любви?!

Способствуя уничтожению вредных насекомых, феромоны оберегают от гибели полезных или безвредных особей, которые, не реагируя на безразличные для них запахи, остаются вне ловушек или зон, подвергаемых химической обработке.

Феромоны играют определяющую роль в возникновении сообществ и организации взаимоотношений между их членами. Особенно это заметно в пчелиных семьях. Феромон гераниол, запах которого неудержимо влечет трутней к матке во время брачного периода, способен предотвращать появление новых маток в улье. Виляющий танец пчел, определяющий поведение особей во время сбора цветочного нектара, также реализует свою информацию через выработку феромонов.

Английские ученые К. Бутлер и Дж. Симпсон показали, что пчелиная матка выделяет особое гормональное вещество, которое она передает рабочим пчелам в тот момент, когда они ее кормят. До тех пор, пока этот гормон воспринимается в достаточных количествах всеми рабочими пчелами, они чувствуют себя спокойно и не выводят новых маток. С увеличением численности пчелиной семьи гормона, выделяемого маткой, не хватает на всех рабочих пчел, и это служит сигналом к разделению рода: старая матка улетает с отделившимся роем, а остальные пчелы начинают кормить личинок "молочком" - смесью секрета своих слюнных желез с медом. При этом способе кормления развивается пчелиная матка. Как только замена произошла, оставшихся подрастающих личинок пчелы прекращают кормить подобным образом, а переходят на кормление их пыльцой. При таком варианте кормления из личинок вырастают рабочие пчелы. Р. Каллоу и П. Джонстон, соотечественники Бутлера и Симпсона, выделили, а затем искусственно синтезировали феромон, выделяемый пчелиной маткой. Его применение в пчеловодстве позволяет регулировать роение пчел и тем самым целенаправленно вмешиваться в жизнедеятельность этих очень полезных представителей животного мира.

Феромоны регулируют общественные связи не только у насекомых и животных. Даже у человека феромоны служат специфическими настройщиками поведения людей, зачастую проявляемого бессознательно. Американские гинекологи описали наблюдения поразительной синхронизации менструального цикла у девушек, живущих в замкнутых сообществах (например, в общежитиях колледжей). Специалисты считают, что в основе этого явления лежит выработка определенных феромонов, взаимно регулирующих физиологические процессы, протекающие в организме женщины.

Очень активно пользуются химическим гормональным языком муравьи. Их экзокринные железы вырабатывают множество разнообразных феромонов. Так, у красного муравья - соленопсиса, играющего роль вожака в муравьином царстве, открыта железа Дюфура, названная по имени зоолога, впервые описавшего ее. В ней вырабатывается феромон, который метит путь муравья. Насекомое выпускает его, прижимаясь к земле, и тем самым направляет рабочих муравьев в сторону пищи или к месту строительства нового муравейника. В лабораторных условиях создавали на бумаге искусственные лабиринты, смоченные растворами феромонов, извлеченных у красных муравьев, и рабочие муравьи всегда шли по смоделированному следу. Увеличивая количество феромона, выделяемого железой Дюфура, можно добиться того, что практически все муравьи, населяющие муравейник, покинут свое жилище и перейдут в то место, где заканчивается след соленопсиса.

Запахи феромонов, синтезируемых муравьями разных типов, существенно отличаются друг от друга. Многочисленные эксперименты показали, что муравьи реагируют только на свои, присущие им вещества. Если перед жилищем муравьев искусственно нанести следы чужого феромона, никакого изменения в укладе их жизни не произойдет.

Кроме следовых феромонов, муравьи вырабатывают еще много разных биологически активных веществ. Среди них - феромон тревоги. Если рабочего муравья, выполняющего роль часового (у муравьев есть и такие обязанности), потревожить, тут же его встревоженное состояние передастся другим сородичам и в течение 1-2 минут вся колония муравьев будет взбудоражена. Причина этого - выделение особых гормональных веществ муравьями-дневальными.

Описанные феромоны - основные для муравьев. Но, кроме них, у этих насекомых вырабатываются вещества, стимулирующие муравьев к другим функциям, например к уходу за своими собратьями, обмену пищей, выкармливанию молоди, сбору отбившихся муравьев и даже к ритуалу обслуживания "царицы" муравейника.

Обоняние, по-видимому, единственный способ получения информации муравьями из внешнего мира. Даже за умершим муравьем они продолжают ухаживать, как за живым заболевшим. Поскольку зрение у муравьев фрагментированное, их не смущает неподвижность и скрюченный вид погибших сородичей. Только через 2-3 дня, когда умерший муравей начинает выделять специальные феромоны его относят на кладбище. Если на живого муравья нанести "феромон смерти", то его тоже, несмотря на отчаянное сопротивление, выбросят за пределы муравейника. Конечно, будучи живым, он поползет назад, но его опять удалят, и так будет продолжаться до тех пор, пока прошедший дождь не смоет с бедняги мизерные остатки подобного клейма.

Феромоны тревоги выделяют также и рыбы и другие водные животные. Э. Фриш впервые в 1938 году описал реакцию испуга у рыб, а Э. Кульцер и В. Пфейфер в 1957-1962 годах определили, что она вызывается действием специфических гормональных веществ, выделяемых поврежденной кожей раненых особей. Феромоны испуга вырабатываются у рыб в особых колбовидных клетках, имеющихся повсеместно па коже. Если из кожи испуганных рыб выделить экстракт, то подмешивание его в соотношении 1:50000 в аквариум с другими рыбами вызывает у них соответствующую тревожную реакцию.

Каждое живое существо обладает инстинктом сохранения своего жилища. У животного роль сторожевых служб играют опять-таки феромоны. И действуют они подчас не хуже, чем искусственные запоры. Так, у многих видов оленей и антилоп в предглазничных железах вырабатываются особые вещества, запах которых отпугивает других животных от той территории, где олень потерся мордой о дерево. У барсуков феромоны жилища вырабатываются железами, находящимися у основания туловища. Животные прижимают заднюю часть тела к камням или стволам подрубленных деревьев, и тем самым оставляют свою метку, служащую пограничным столбом их суверенной территории.

Личинки морских желудей - своеобразных представителей ракообразных, проплавав определенное время в воде, должны прикрепиться к камням для того, чтобы, создав "домик со створками", обеспечить развитие взрослых особей. Но как им найти хорошее удобное место? Очень просто. Оказывается, о них позаботились собратья. Предшественники оставляют свой след опять же с помощью феромона. Запах этого вещества личинки не воспринимают. У них нет органов обоняния. Но есть гораздо более сложные анализаторы, "ощупывающие" конфигурацию белковых молекул. Удивительно?! Ни физики, ни химики пока не имеют такого высокочувствительного прибора. Еще один пример роли эндокринных механизмов регуляции в развитии бионики.

Изучение феромонов продолжается. Являясь потенциально эффективными средствами управления поведением животных, они уже сегодня используются в народном хозяйстве и в еще большей степени принесут ощутимую пользу в животноводстве и других важных отраслях агропромышленного комплекса в будущем.

 

Чего не знал Дарвин?

Чарлз Дарвин знал многое. Но в тот день 1880 года, когда он со своим сыном Фрэнсисом изучал влияние света на изгибы проростков злака, великий биолог даже не предполагал, что мог бы стать автором еще одного выдающегося открытия: впервые обнаружить гормоны у растений. Правда, в 1880 году биология только вступала в эпоху развития эндокринологии и понятия "гормон" не существовало, поэтому у автора "Происхождения видов" не было теоретических предпосылок для такого суждения.

Опыт Дарвина был прост. У проростков злаковых растений есть колеоптиль - первый зародышевый лист, который, подобно футляру, защищает почку проростка и первым пробивает почву. Поместив светонепроницаемые цилиндрические стеклянные экраны на колеоптили, Дарвин с сыном обнаружили, что, хотя свет воспринимает только верхушка проростка и изгибается под влияпием этого, точно такой же изгиб возникает в экранированной зоне, расположенной ниже верхушки. Анализируя эти наблюдения, Дарвин в своей книге "О способности растений к движению", опубликованной в 1881 году, высказал предположение (и как впоследствии оказалось, был совершенно прав) о том, что свет вызывает активизацию какого-то химического фактора, который проходит от верхушки в глубь колеоптиля и вызывает специфический эффект.

Идея великого биолога о "ростковых веществах" дала толчок к проведению многочисленных экспериментов по проверке этого предположения. Они длились много лет, и только в 1928 году датский ботаник Ф. Вент получил убедительные данные об образовании в верхушках колеоптилей злаков биологически активного вещества, способного к диффузии и контролирующего рост нижележащих зон.

Это вещество было названо ауксином (от греческого auxanomai - расти) и явилось первым идентифицированным растительным гормоном, открытие которого, по существу, совершило переворот в сельском хозяйстве, поставив его на рельсы химизации.

Если Венту принадлежит честь обнаружения первого гормона растений, то саму концепцию растительных гормонов (фитогормонов) выдвинул в 1927 году советский ученый академик Н. Холодный. Отдавая дань уважения двум известным ученым, концепция гормональной регуляции жизнедеятельности растений именуется в учебниках и руководствах по ботанике теорией Вента-Холодного.

Справедливости ради следует отметить, что хотя ауксины были открыты намного позднее, чем первые гормоны животных, указания на существование растительных гормонов содержались и в работах конца прошлого века. Так, В. Бейеринк в 1888 году связывал развитие листьев у ивы с действием, как он писал, "ростового фермента". Немецкий естествоиспытатель Ф. Фиттинг сообщал в работах 1909-1910 годов об обнаружении им в пыльце орхидеи вещества, вызывающего отцветание цветка. Позднее было установлено, что это - гормон, идентичный ауксину. Изучив химическую природу вещества, Ученые убедились в том, что он и по химической структуре соответствует гормональным веществам, являясь производным аминокислоты триптофана, близким по строению к одному из активнейших гормонов животных - серотонину.

Ауксины, как и другие фитогормоны, вызывают разнообразные физиологические эффекты. Кто из нас не радуется распусканию почек у деревьев весной и быстрому росту молодых побегов? Это "дело рук" ауксина. Мягкое падение листьев осенью тоже зависит от ауксина - он застилает землю красно-желтым ковром листвы.

Функциональные свойства ауксина нашли широкое применение не только в сельском хозяйстве, но и в… военном деле. США в ходе агрессии во Вьетнаме использовали синтетический ауксин для преждевременного опадения листвы, что, естественно, затрудняло маскировку сил освобождения. Искусственные аналоги ауксина используются в садоводстве и огородничестве для борьбы с сорняками, ускорения созревания плодов и ягод. Рациональное применение ауксинов способствует получению стабильных урожаев из года в год, улучшает сахаристость таких фруктов, как ананасы и виноград.

С помощью ауксинов была решена проблема приживаемости черепков айвы в Афганистане. Из-за особенностей почвы там плохо укоренялись саженцы. Обработка их ауксином способствовала быстрому и сильному росту корней, благодаря чему теперь эти фруктовые деревья нормально растут и плодоносят.

Известно, что в пауке большое значение для обнаружения новых фактов имеет объект исследования. Так было и в истории с растительными гормонами. В то время как в Европе обнаружили ауксины в злаковых растениях, в Японии, работая с рисом, сумели открыть другой класс фитогормопов - гиббереллины. Своим названием они обязаны грибу, именуемому Gibberella, который достаточно часто поражает растения риса. Больные растения усиленно растут, стеблям их недостает жесткости и упругости и поэтому длинные всходы теряют вертикальное положение и полегают. Японцы называют их "баканэ" - бешеные всходы. В течение нескольких веков причина этой таинственной болезни оставалась неясной. В 1912 году японский ботаник Т. Савада предположил, что в этом повинно какое-то вещество, выделяемое грибом-паразитом. В 1926 году его ученик С. Куросава подтвердил правильность взглядов своего учителя, доказав, что обработка здоровых растений экстрактом гиббереллы вызывает симптом баканэ.

"Выделив и очистив в 1938 году два соединения, вызывающие поражения риса, и назвав их гиббереллинами Д и В, ученые стали искать подобные вещества в высших растениях, не поражаемых этим грибом. Поиски увенчались успехом. Природные гиббереллины были обнаружены сначала в незрелых семенах и плодах. Сейчас известно уже более 50 гиббереллинов, идентифицированных в растениях.

Гиббереллины, как и другие гормоны, способны творить чудеса. Карликовые культуры кукурузы они превращают в гигантов. Кустовую фасоль делают вьющейся. Придают стреловидную форму листьям хризантем, что значительно повышает их ценность на цветочном рынке. В сельском хозяйстве эти гормоны используются для улучшения прорастания семян, ускорения цветения и усиления плодоношения фруктовых деревьев.

Заманчивые и не совсем обычные перспективы в разведении овощей и фруктов открываются в связи с обнаружением еще одного класса растительных гормонов - цитокининов, которые получили свое название из-за присущего им свойства стимулировать цитокинез - клеточное деление. Их открыл в 20-х годах нашего столетия немецкий ботаник Г. Габерландт. Ему же принадлежит идея, казавшаяся раньше, мягко говоря, нелепой, но впоследствии нашедшая совершенно блестящее подтверждение. Габерландт предложил выращивать изолированные растительные ткани на искусственных питательных средах. Понадобилось несколько десятилетий, прежде чем были разработаны подходящие среды, установлены компоненты, которые они должны были содержать, но дальше, чем культивирование отдельных растительных клеток, дело не шло. Не шло до тех нор, пока не попробовали добавить в питательные среды ауксин и цитокинины. Результат окапался поразительным. В короткий срок были получены оптимальные соотношения ауксина и цитокининов, открывшие возможность практически неограниченно долго не только культивировать растительные ткани разного происхождения на синтетических средах, но в выращивать на них отдельные растения. Наверное, читая это, многие читатели вспомнят один из сюжетов программы "Время", посвященный выращиванию помидоров японскими селекционерами на синтетической губке, пропитанной и орошаемой составом, секрет которого не раскрывался.

Конечно, мы не можем знать всех компонентов этого состава, но в том, что в него входят ауксин и цитокинины, сомневаться не приходится.

Цитокинины не могут функционировать без ауксина. Они без него беспомощны, как слепые котята без кошки. А в присутствии ауксина они показывают разные фокусы. Например, если пожелтевшие листья опрыскивать водным раствором цитокинина, они молодеют - восстанавливают свой зеленый цвет, становятся упругими и жизнеспособными. Быстрое увядание срезанных цветов объясняется прекращением притока цитокининов из корня. Если в воду добавить синтетический цитокинин, цветы будут стоять свежими намного дольше.

В тканях растений обнаружен еще один гормон - абсцизовая кислота. Она участвует в регуляции роста и старения растений. Специфический эффект действия абсцизовой кислоты, который служит биологическим тестом ее обнаружения в тканях, - закрытие устьицев листьев. Недавно французские биохимики обнаружили абсцизовую кислоту в головном мозге свиней и крыс. При введении экстракта абсцизовой кислоты из мозга животных в растения происходило закрытие устьицев листьев. Роль растительного гормона в центральной нервной системе животных пока неясна. Отсутствие параллелей между концентрацией абсцизовой кислоты в ткани мозга и характером пищи, потребляемой животными, свидетельствует о том, что этот гормон синтезируется в организме свиней и крыс, а не поступает с растительной пищей.

Заканчивая рассказ о фитогормонах, хочется еще раз подчеркнуть, что тезис натуралистов: "В природе все едино" - приобретает с каждым днем все большее и большее подтверждение.