Валерий Чолаков - Нобелевские премии. Ученые и открытия
Изменение электрических зарядов приводит к возникновению в нервных клетках локальных токов и появлению волны возбуждения, т. е. нервного импульса. В организме этот импульс всегда распространяется от рецепторов к мозгу, а от него — к различным органам тела. Природа изобрела замечательный механизм, обеспечивающий прямолинейность проведения нервного сигнала и контроль за ним. Это своеобразное реле, которым заканчивается нерв, Шеррингтон назвал синапсом («связью»). В точке соприкосновения нерва с другим нервом или мышцей, железой и т. д. электрический сигнал преобразуется в химический. Возбужденная мембрана выделяет вещества-медиаторы, которые диффундируют к соседней мембране. Химическое воздействие возбуждает другой нерв, порождает новый электрический импульс. В синапсе импульс распространяется только в одном направлении. Химическое действие может не только возбуждать, но и подавлять нервный импульс, что очень важно для работы мозга. Исследование химических медиаторов началось в первые десятилетия нашего века. Это были первые шаги в чрезвычайно сложной области психохимии, которая сегодня составляет одну из увлекательнейших глав физиологии.
Химия мозга
Ученые, занимавшиеся исследованием биоэлектрических явлений в нервной системе, считали совершенно естественным, что нервы, подобно телеграфным кабелям, осуществляют связь как между собой, так и с различными органами тела. В начале века, однако, обнаружилось, что в работе нервной системы принимают участие химические вещества. В 1904 г. Томас Рентой Эллиот выделил из сердцевины надпочечников адреналин — вещество, которое оказывало на организм такое же воздействие, как и возбуждение симпатической нервной системы. Исследователь предположил, что это соединение вырабатывается в окончаниях нервных волокон симпатической нервной системы. Через десять лет, в 1914 г., Генри Халлетт Дейл опубликовал результаты исследований ацетилхолина. По своему воздействию это вещество напоминало возбуждение парасимпатической нервной системы, но оно в отличие от адреналина не обнаруживалось в теле, и это весьма затрудняло исследования.
Такие результаты привели ученых к мысли, что нервное возбуждение может вызываться определенными химическими соединениями, -своеобразными переносчиками возбуждения. Эти гипотезы утвердились лишь в 1921 г., когда Отто Леви поставил простой, но довольно своеобразный эксперимент. Изолировав и поместив в раствор сердце лягушки, он с помощью маленькой трубочки соединил его с сердцем другой лягушки. Раздражение первого сердца вызывало сокращение второго, что указывало на выделение в раствор какого-то вещества, способного вызывать нервные импульсы. Оно присутствовало в ничтожной концентрации, поэтому его выделение и определение было сопряжено с большими трудностями. Лёви и его сотрудник Э. Навратил открыли растительные соединения, тормозящие разложение парасимпатического вещества, что дало возможность установить его природу: это был хорошо известный ацетилхолин.
В дальнейшем указанное соединение было обнаружено и в других органах. Лёви и Навратил показали, что существует специфический фермент холинэстераза, который вызывает быстрое разложение ацетилхолина, и поэтому последний встречается в минимальных количествах. На этом этапе исследований большую роль сыграли работы Г. Дейла. Используя метод, созданный Алексеем Васильевичем Кибяковым и независимо Вильгельмом Фельдбергом и Джоном Гэддамом, Дейл показал, что ацетилхолин образуется и в нервных связях различных структур нервной системы. Это вызвало оживленные дискуссии, так как впервые был поставлен вопрос о том, связана ли передача импульсов в нервной системе с химическими веществами.
Хотя, как уже говорилось, ацетилхолин выделяется в нервных окончаниях в ничтожно малых количествах (около одной стотысячной миллиграмма), Дейл и его сотрудники смогли показать, что он всегда возникает при передаче нервного импульса в синапсах (в местах соединения двух нервов или нервного волокна с рабочими органами, такими, как мышца, железа и т. д.).
Открытия Лёви, работавшего в Институте фармакологии в Граце (Австрия), и Дейла — из Национального института медицинских исследований в Лондоне положили начало нейрохимии, из которой в дальнейшем выросла психохимия. Это ознаменовало революционный переворот в изучении нервной системы. Новые идеи утвердились в результате упорной борьбы и получили признание в решении Каролинского института присудить в 1936 г. Нобелевскую премию по физиологии и медицине Г. Дейлу и О. Лёви за исследования химической природы передачи нервных импульсов. Это знак уважения к трудам двух ученых, которые в то время вместе работали в лаборатории Э.Г. Старлинга в Лондоне и сохранили тесные контакты в дальнейшем.
Открытие химических медиаторов оказало большое влияние на исследования в области нейрохимии. Вслед за адреналином и ацетилхолином был выделен ряд других веществ, участвующих в передаче нервных импульсов. К ним относятся такие соединения, как норадреналин, гистамин, серотонин и др. Этими открытиями заинтересовались многие фармакологи, так как изучение медиаторов позволило объяснить действие ряда токсичных и лекарственных препаратов и способствовало поиску новых лекарств. Итальянский химик Даниеле Бове, работавший почти 20 лет у Эмиля Ру в Пастеровском институте в Париже, посвятил свои научные исследования веществам, блокирующим действие химических медиаторов.
Еще в 1937 г. Бове получил первый антигистаминовый препарат, на основе которого впоследствии были разработаны другие соединения для клинического применения. В дальнейшем Бове занялся алкалоидами, блокирующими действие нервных импульсов.
Алкалоиды отличаются довольно сложной структурой, и их вытяжки из природных веществ имеют непостоянный состав и дают непредсказуемый эффект. Это значительно затрудняет их клиническое использование. Бове и его группа постепенно научились синтезировать вещества с более простой структурой, которые оказывали такое же действие, что и природные алкалоиды, не давая при этом нежелательных побочных эффектов. Например, на основе кураре были созданы препараты, эффективно парализующие мышцы и значительно облегчающие хирургические операции.
От экспериментальной нейрофармакологии Бове пришел к психофармакологии. Эта сравнительно новая область науки изучает химические процессы, происходящие в центральных структурах нервной системы. С помощью соответствующих веществ стало возможным непосредственное вмешательство в деятельность мозга. Бове, в частности, занимался диэтиламидом лизергиновой кислоты, более известной под сокращенным названием «ЛСД». Это соединение, случайно открытое одним швейцарским химиком, оказывает исключительно, сильное воздействие на психику. Сегодня оно используется даже как наркотик. Открытие подобных веществ создает угрожающую перспективу манипуляции сознанием человеках помощью различных препаратов. К счастью, человечество еще далеко от этого, но в лечении различных заболеваний химическим путем психофармакология уже имеет, великолепные достижения.
В 1957 г., когда стали намечаться пути, развития этой области, Бове была присуждена Нобелевская, премия по физиологии и медицине за открытия, связанные с изучением механизма действия, синтетических соединений лекарственных препаратов.
Изучением химических механизмов передачи нервных импульсов занимался и австрийский ученый Дж. Кэрью Эклс, ассистент Шеррингтона, многие годы работавший в Оксфордском университете, а затем в Австралии, Новой Зеландии и США. С помощью микроэлектродов Эклс исследовал механизм передачи нервных импульсов через синапсы. Измеряя мембранный потенциал, Эклс показал, как возникает возбуждение и торможение под действием химических медиаторов. В момент, когда химическое вещество оказывает стимулирующее действие, в нервном волокне возникает характерный импульс, который передает информацию дальше. Эти точные и тонкие исследования были сделаны приблизительно в то же время, когда Ходжкин и Хаксли разрабатывали мембранную теорию передачи нервного импульса. Исследования Эклса в значительной степени содействовали выяснению общей картины, так как он занимался мембранным потенциалом в области синапсов — своеобразных реле живого организма. В 1983 г. Эклс вместе с Ходжкином и Хаксли были удостоены Нобелевской премии.
Исследования Дейла и Лёви в 20-е годы просто привели к идее о химических механизмах передачи нервных импульсов. В дальнейшем Эклс выяснил некоторые элементы этого процесса, в частности возникновение мембранных потенциалов. Новым этапом было исследование на ультрамикроскопическом уровне процессов в синапсах в сочетании с изучением биохимических механизмов, что создало довольно целостное представление об этих явлениях.
