Текст книги "Сенсационные открытия современной биомедицины"

Так были открыты новые гормоны… Но на этом история простагландинов не закончилась, и раз уж Ученый клоунель взялся рассказывать об этом, давайте продолжим, несмотря на то что в нашем рассказе мы удаляемся от Лунда все дальше и дальше…

Братья чаще всего похожи друг на друга. Однако встречаются и противоположности. Многое зависит от социальной среды, которая окружает человека с самого детства. Она формирует его сознание, темперамент, привычки. Это среди людей. В мире химических веществ редко можно наблюдать, когда сходные по строению вещества ведут себя совершенно по-разному, проявляют антагонистические свойства, оказывают различный биологический эффект. Ученым зачастую бывает нелегко обнаружить причину этих различий, но природа мудра, создавая непохожих братьев, она пытается защитить организм от всяких неполадок в его напряженной работе.

Простагландины как раз и есть пример непохожих братьев. Родителями их являются ненасыщенные жирные кислоты, которые поступают в организм с растительными маслами. Животные жиры в отличие от растительных содержат очень мало ненасыщенных жирных кислот.

Не вдаваясь в подробности химических аспектов липидологии – науки о жирах, отметим только два важных момента: первое – в организме животных, кроме рыб, ненасыщенные жирные кислоты не образуются, они поступают только извне с пищевыми продуктами: второе – простагландины в организме образуются исключительно из ненасыщенных жирных кислот.

Ненасыщенные жирные кислоты, кстати, называют еще эссенциальными, то есть жизненно необходимыми. Ранее были установлены их важные функции, связанные с регуляцией процесса свертывания крови, осуществления защитных реакций организма. Теперь ученые поняли, что их биологическое значение связано с синтезом простагландинов.

Если исключить из рациона продукты, богатые ненасыщенными жирными кислотами, организм лишится простагландинов. Готовые простагландины в организм не поступают. Во-первых, потому что в нашей пище их практически нет, во-вторых, даже если представить себе такую фантастическую ситуацию, что мы сможем питаться, например, горгониевыми кораллами (морскими животными, обитающими на дне Карибского моря и содержащими до 0,2 % от общей массы простагландинов), то и тогда, попав в организм, эти кораллы очень быстро перейдут из кишечника в кровь, где тут же будут инактивированы. Простагландины синтезируются в клетках только в момент их необходимости, после этого они сразу же разрушаются. В тканях простагландины не накапливаются и с кровью не разносятся.

Различных типов простагландинов много. Практически они могут образовываться из любых ненасыщенных жирных кислот, которых тоже в избытке. Но основным источником активных простагландинов служит арахидоновая кислота. Из нее образуются два основных типа простагландинов: Е и F, а из них, в свою очередь, синтезируются последующие простагландины – Е ₁, F₁, E₂, F_2, из этих – А и В. Всего известно 14 типов простагландинов, и у каждого из них свои, не похожие друг на друга, свойства, свои точки приложения, свой вклад в биологические процессы.

Что же делают простагландины? Они усиливают силу сердечных сокращений, улучшают ритм деятельности сердца, увеличивают выброс крови, понижают или повышают артериальное давление, увеличивают или уменьшают кровоток во многих органах, снижают секрецию в желудке, стимулируют рвоту, расслабляют и сокращают мышцы бронхов, усиливают тромбообразование, повышают силу сокращений матки при беременности, стимулируют роды, способствуют оплодотворению сперматозоидами яйцеклетки.

Простагландины вызывают лихорадку, пульсирующую головную боль, изменяют терморегуляцию. В перечислении свойств простагландинов заметна полярность их биологических эффектов. Это зависит от типа простагландина и служит отражением того же принципа антагонистической регуляции функций, о котором говорилось выше.

Простагландины, будучи ближайшими родственниками, не похожи друг на друга, но они имеют еще и сводных братьев, рожденных от общей матери. Их назвали простациклинами и тромбоксанами. Простациклины и тромбоксаны, образующиеся также из арахидоновой кислоты, не ушли далеко от своих родственников – они тоже не дружат между собой, проявляя совершенно противоположные свойства. Простациклины препятствуют образованию тромбов, тромбоксаны – наоборот, активно способствуют этому.

Как видите, необычная способность обнаружилась у арахидоновой кислоты: она может быть «матерью» для трех разных «детей» – простагландинов, простациклинов и тромбоксанов. От чего же зависит выбор пути ее превращений? Оказывается, от места жительства, от того органа, в котором она находится. Простагландины образуются в основном в половых органах, простациклины – в легких, сосудистой стенке, тромбоксаны – только в тромбоцитах. Основной поставщик (более 90 %) простациклинов – легкие, из которых они постоянно поступают в кровь, предупреждая образование тромбов и резкое повышение артериального давления. После обнаружения в 1976–1977 годах простациклинов легкие стали рассматривать как орган, выполняющий эндокринную функцию.

Тромбоксаны, обнаруженные на год раньше группой шведских биохимиков во главе с нашим героем – Б. Самуэльсоном, синтезируются в тромбоцитах в самом начале тромбообразования, развитие которого после их синтеза резко ускоряется. Обнаруженный механизм антагонистической регуляции формирования тромбов побудил многих фармакологов направить свои усилия на поиск лекарственных средств, обладающих влиянием на синтез простациклинов и тромбоксанов с целью предотвращения внутрисосудистого свертывания крови, последствия которого могут носить трагический характер.

Тромбоз сосудов очень часто развивается на почве атеросклероза и может привести к инфаркту миокарда, мозговому инсульту и тяжелым поражениям внутренних органов. Изучая механизм образования тромбов при атеросклеротическом поражении сосудов, ученые установили, что в пораженной сосудистой стенке вырабатывается гораздо меньше простациклина. Это нарушает его паритет в пользу тромбоксана. Печальным результатом победы становится тромбоз сосудов. Как же помочь простациклину одержать верх над тромбоксаном в этой борьбе?

Ответ не так прост, как кажется. Поскольку и простациклин и тромбоксан образуются из единого предшественника – арахидоновой кислоты, воздействие на нее ни к чему не приведет. Так что прямые боевые наступательные действия здесь не подходят. А вот обмануть противника можно. Как? Так же как это принято в разведке – внедрить своего агента, заменив им врага в его же штабе. И поможет в этом диета. Если больной будет питаться продуктами, содержащими вместо арахидоновой кислоты линолевую, то из нее в организме образуются другие простациклин и тромбоксан, отличные от производных арахидоновой кислоты, и при этом простациклин будет активным, а тромбоксан – нет.

Подтверждением этому служат наблюдения над эскимосами и датчанами. В силу национальных особенностей у эскимосов Гренландии в крови высоко содержание эйкозопентаеновой кислоты, являющейся последовательным звеном в цепи образования простагландинов из линолевой кислоты. А арахидоновой кислоты у них очень мало. Так вот, атеросклероз у эскимосов практически не встречается, инфаркт миокарда – большая редкость. У жителей Дании – наоборот, количество эйкозопентаеновой кислоты в крови незначительно, а арахидоновой очень много. Атеросклероз в Дании – национальное бедствие, и довольно высока частота возникновения инфаркта миокарда, приводящего нередко к смертельному исходу.

Простациклин, как выяснилось, вообще верный союзник для сердечно-сосудистой системы. Например, было установлено, что он даже в таких небольших дозах, как 1^´10^–7 грамма способен значительно повысить кровоток в сердечной мышце и тем самым свести на нет риск возникновения инфаркта миокарда. Немецкие ученые под руководством профессора В. Ферстера обнаружили, что простациклин и другие простагландины в тысячу раз более эффективны для предупреждения и устранения нарушений ритма сердца, чем другие лекарственные препараты.

Сотрудничество российских и немецких физиологов оказалось плодотворным в изучении способности простациклина повышать силу сердечных сокращений. Они показали, что простациклин в дозах 10 мкг/мл и меньше повышает сократимость миокарда в два раза. Результаты этих многолетних исследований имеют большое прикладное значение. В Российском кардиологическом научном центре под руководством академика Е. Чазова впервые была установлена строгая связь между адаптацией сердца к перегрузкам и образованием в нем простагландинов.

В нормальных условиях параллельно с возрастанием нагрузки на сердце повышается уровень синтеза простагландинов в нем – они помогают миокарду в экстремальных условиях справиться с возникшими трудностями. Кроме того, было показано, что с помощью простагландина Е₁ в ряде случаев можно предотвратить или значительно уменьшить поражение сердечной мышцы при инфаркте миокарда.

У кардиологических больных всегда в кармане нитроглицерин. Действительно, пока это один из самых эффективных средств для быстрого снятия приступов коронарной недостаточности. Группа российских ученых во главе с членом-корреспондентом РАН А. Вальдманом впервые установила, что нитроглицерин расширяет сосуды сердца за счет усиления синтеза простагландинов.

Ученые разных стран, занимающиеся кардиологическими аспектами изучения простагландинов, настойчиво продолжают исследования. Их уверенность в конечном успехе поисков с помощью этих гормонов методов предупреждения и лечения инфаркта миокарда не безосновательна.

* * *

Рождение ребенка – счастье для матери. Чувство материнства – особое, ни с чем не сравнимое, облагораживающее и душу, и характер, и облик женщины. Именно оно дает нежным, слабым по своей природе женщинам огромную силу духа и воли пройти через все испытания в течение девяти месяцев беременности и их апофеоз – роды. Пройти, чтобы с болью, в «сладких муках» дать жизнь своему продолжению, своей «плоти и крови» – маленькому человечку, открыть ему дорогу в жизнь.

Наверное, есть какая-то необъяснимая мудрость в том, что природа сделала путь, который должна пройти женщина, чтобы стать матерью, таким непростым и тяжелым. И все-таки врачи считают, что природу стоит немного поправить – они стремятся найти эффективные средства регуляции рождаемости, ослабить интенсивность болей при родах, ускорить их, если они затягиваются.

Существует много различных методов родовспоможения и способов регуляции оплодотворения яйцеклетки. Однако их эффективность еще недостаточно высока.

С открытием простагландинов у акушеров и гинекологов появились новые надежды найти союзников среди этих чрезвычайно активных веществ. Оптимизм врачей основывался на данных о том, что большая часть простагландинов синтезируется в половых органах и способна стимулировать сокращения матки, а также создавать благоприятные условия для оплодотворения яйцеклетки. Определенным подтверждением этому послужили результаты исследований по изучению содержания простагландинов в крови и околоплодной жидкости беременных женщин. Было установлено, что количество простагландинов возрастает при выкидышах и уменьшается при ослаблении сократительной деятельности матки во время родов.

Перспективность работ в этом плане представлялась настолько актуальной, что Всемирная организация здравоохранения под своей эгидой проводила и финансировала работу интернационального коллектива высококвалифицированных специалистов из разных стран мира.

Наиболее интересные результаты были получены четырьмя группами исследователей под руководством академика Л. Персианинова (Россия), М. Бигдемана (Швеция), М. Эмбри (Англия) и С. Карима (Уганда).

Еще в 1930 году французские исследователи М. Курзрок и Ф. Либ обнаружили, что семенная жидкость оказывает двоякое действие на матку: стимулирующее и расслабляющее. Позднее удалось установить, что эти эффекты связаны с наличием в жидкости простагландинов F и Е. Первые возбуждают матку и провоцируют ее сокращения, вторые обладают противоположным действием.

Дальнейшие эксперименты позволили уточнить влияние этих гормонов. Оказалось, что многое зависит и от самого органа: беременная матка реагирует на простагландины по-иному, чем небеременная. Акушеры давно заметили, что возбудимость матки нарастает с каждым днем приближения родов. И чем сильнее выражена сократимость матки, тем меньшая доза простагландинов влияет на этот процесс. Врачей особенно заинтересовало стимулирующее действие простагландинов в ранние сроки беременности в случае, когда возникала необходимость прервать ее, а средства, способные заставить матку сокращаться и тем самым изгнать плод, не действуют.

Проблема разработки эффективных лекарственных методов прерывания беременности не теряет своей актуальности. Во-первых, потому, что в ряде стран существует серьезная угроза перенаселения, во-вторых, в силу различных социальных причин женщины часто не хотят (а иногда и не могут) вынашивать ребенка, в-третьих, достаточно высока пока еще смертность женщин от различных осложнений аборта при его нелегальном выполнении. Вот почему получение средств, способных прервать беременность терапевтическим путем без возникновения каких-либо осложнений, имело бы огромные положительные медицинские и социальные последствия.

Казалось, простагландины в силу своих свойств способны творить чудеса: по желанию врача, или стимулировать сокращения матки и тем самым мешать имплантации яйцеклетки, или, наоборот, расслаблять ее и способствовать развитию плода. Однако препятствия поджидали ученых и на этом пути. Основные трудности связаны с процессом доставки. Введение простагландинов в кровь или в желудочно-кишечный тракт приводит к их быстрому разрушению, и до своей основной цели – матки – доходит очень незначительная часть этих веществ, не способная повлиять на развитие плодного яйца.

Увеличение дозы простагландинов до того уровня, который мог бы оказаться эффективным, вызывает серьезные осложнения: сильную головную боль, рвоту, понос. Так что, возникшие препятствия преодолеть нельзя? Поначалу казалось – да. Однако в стойкой защите наметилась брешь: российские специалисты (Е. Чернуха и другие) показали, что, точно подобрав дозы простагландина Е₂ и правильно установив сроки введения его в организм женщины, можно в 97–98 % случаев получить желаемый эффект.

Любопытный прием использования простагландинов предложил С. Карим из Уганды – вводить гормоны в околоплодную жидкость. При этом через сутки начинаются роды. Неудобство метода заключается в том, что продолжительность действия простагландинов не очень велика и инъекции приходится повторять. Используя свойство простагландинов оказывать и противоположное действие на матку, ученые пытаются с их помощью лечить некоторые формы бесплодия и привычных выкидышей.

Исследования расширяются год от года. Разрабатываются способы предупреждения различных осложнений, вызываемых простагландинами, определения оптимальных доз и путей их введения в организм. Кроме того, со всей остротой встает проблема, решение которой устранит многие препятствия на пути внедрения «непохожих братьев» в широкую лечебную практику. Речь идет о создании эффективных искусственных простагландинов и их аналогов.

Где же достать простагландины? В аптеках их пока не продают. Количеств, которые поступают в организм с ненасыщенными жирными кислотами, достаточно для здорового организма, но ведь мы ведем речь о тех состояниях, когда простагландинов требуется больше. Выделение естественных простагландинов из органов домашних животных не может решить проблемы: для получения нескольких миллиграммов этих чудодейственных веществ необходимо переработать тонны везикулярных желез баранов, да и сам процесс очистки настолько трудоемкий и многостадийный, что для осуществления такого мероприятия надо затратить баснословно большие суммы денег. Эти обстоятельства заставляют ученых искать более рациональные способы получения простагландинов и их аналогов.

Работы ведутся в двух направлениях: искусственное получение простагландинов и наработка естественных простагландинов биотехнологическим путем. Оба пути трудные, тернистые, пройти их оказалось не так просто, но первые вехи уже позади, и если спасительная гавань – конец пути – еще не близко, то, по крайней мере, свет маяка уже заметен.

Химическое строение простагландинов установлено. Стало попятно, что источником их образования являются ненасыщенные жирные кислоты. Искусственно синтезировать простагландины оказалось весьма сложно, хотя строение их, казалось бы, довольно простое – они состоят только из атомов углерода, водорода и кислорода. Но вот замкнуть все это в соответствующую цепь в лабораторных условиях химикам удавалось с трудом. Число исследователей и лабораторий, пытавшихся осуществить искусственный синтез простагландинов, очень велико. Но только немногим «счастливчикам» улыбнулась удача. Это – Е. Кори и Дж. Пайк (США), все те же наши герои – Б. Самуельсон и С. Бергстрём (Швеция), Д. ван Дорн (Нидерланды).

Естественные простагландины получить непросто. Основная причина, как уже отмечалось, – расход очень большого количества первичного сырья и по сравнению с этим практически ничтожный выход активных гормонов. Напрашивался вопрос: а нельзя ли подобрать такие условия, при которых можно было бы осуществлять биосинтез простагландинов из ненасыщенных жирных кислот вне организма? Ученые понимали: ненасыщенные жирные кислоты можно найти в природе в избытке, но что нужно еще? Ответ лежал па поверхности – конечно, ферменты – особые вещества, стимулирующие биологические процессы. Без ферментов невозможен ни один биосинтетический процесс, причем ферменты обязательно должны быть специфическими, строго конкретными для получения тех или иных продуктов.

В истории с простагландинами эти ферменты должны строго соответствовать тем, которые содержатся в везикулярных железах – органах, вырабатывающих наибольшее количество простагландинов. Но если ненасыщенные жирные кислоты находятся в растительных продуктах в достаточно больших количествах, то ферментов синтеза простагландинов ни искусственных, ни естественных очищенных нет.

Что же делать? И тогда Д. ван Дорн в Голландии и С. Бергстрём в Швеции одновременно, но независимо друг от друга, пришли к одной остроумной мысли – сделать своеобразный «котел», в который запустить ненасыщенные жирные кислоты и измельченную ткань везикулярных желез животных. Ученые предположили: а вдруг ферменты, находящиеся в тканях и высвободившиеся при измельчении, вступят в контакт с ненасыщенными жирными кислотами и начнут производить простагландины? Сказано – сделано. И «котел» не подвел. Простагландины получались там быстро и четко. Подсыпай продукты… и дело идет. В 1964 году статьи этих авторов сообщили специалистам о новом довольно простом способе получения простагландинов. Следует специально отметить, что при таком методе тратится в сотни раз меньше везикулярных желез животных, чем при получении гормонов непосредственно из них.

Несмотря на то что в настоящее время практически решен вопрос о наработке простагландинов в достаточном количестве для исследовательских и лечебных целей, их применение в клинике еще представлено очень скромно. Объяснить это отчасти можно тем, что, казалось бы, наоборот, должно обеспечивать простагландинам широкое использование в медицине – их очень разнообразной и подчас трудно управляемой биологической активностью. При целенаправленном применении их возникает опасность побочных эффектов. Поэтому со всей остротой встает вопрос о создании простагландинов с модифицированными свойствами. Иными словами, нужно научиться получать такие вещества, у которых бы сохранялись полезные свойства и устранялись нежелательные.

В этих поисках уже есть первые успехи. Так, например, синтезированы простагландины, обладающие определенным действием: абортивным, противосвертывающим, антиастматическим. Такие «измененные» гормоны получают при замене групп в кольце простагландинов. Например, замена 15-гидроксильной группы на атом фтора существенно меняет свойства простагландина – он гораздо более эффективен при необходимости прервать беременность или стимулировать роды. Если «хвост» простагландина С₁₅Н₁₇ заменить ароматической группировкой, то полученное соединение окажется в сотни раз более активным при рассасывании желтого тела в яичнике, выделяющего половой гормон – прогестерон. Такие препараты крайне необходимы акушерам-гинекологам и уже выпускаются промышленностью под названиями «эквимат» и «экструмат».

…Вот такие исследования начинались в Лунде, а наш рассказ о непохожих братьях – простагландинах, одних из многочисленных героев исследований современной биологии и медицины, уверен, не окончен – впереди ученым предстоит еще большая работа. Не сомневаюсь, что эта работа должна завершиться успешно, и простагландины будут помогать врачам бороться с самыми различными болезнями.

* * *

А мы опять вернемся в Лунд – прекрасный город прекрасных открытий…

Лундский университет в 2012 году занял 80-е место в рейтинге ведущих университетов мира по ежегодной классификации Times Higher Education World University и 45-ю позицию в том же рейтинге по уровню преподавания биологии и медицины.

Университет Лунда. Главный корпус (ректорат)

Университет открыт для обучения и иностранных студентов. На мой вопрос о возможности обучения в нем студентов из России шведские коллеги ответили положительно, добавив, что несколько человек из Санкт-Петербурга уже обучаются в нем. Возможно, что и другие молодые люди захотят поступить или продолжить свое медицинское образование в Лунде, поэтому несколько слов об учебе и студенческом быте в этом шведском городе.

Программа полного медицинского обучения в Лунде рассчитана на пять с половиной лет. После прослушивания всех курсов лекций и успешной сдачи зачетов и экзаменов выпускник получает диплом о высшем медицинском образовании и ему присваивается степень доктора медицины (Medical Doctor).

Университет Лунда. Библиотека

Это – профессиональная степень, ее не следует путать с ученой степенью доктора наук (Doctor of Science). Однако сразу после окончания университета доктор медицины не может заняться самостоятельной врачебной деятельностью, для этого он должен после университета в течение 21 месяца практиковать в частном или государственном лечебном учреждении под ежедневным руководством опытного (не менее 10 лет практики) врача и только после этого, сдав регистрационный экзамен, он получает сертификат на право самостоятельной врачебной деятельности.

Университет Лунда. Академическое общество

Обучение в университете платное, годовая стоимость, включая оплату комфортабельного общежития, льготного питания и проезда на автобусе, а также расходов на приобретение учебников и канцелярских принадлежностей по низким ценам в специальных магазинах, составляет примерно 28 тысяч шведских крон (примерно 2800 евро) в год. Около 10–15 % этой суммы покрывает грант, который студент может получить из разных благотворительных источников (их достаточно много), обратившись туда с соответствующей просьбой. Для покрытия остальной суммы он может взять заем в университетской кассе с отсрочкой выплаты – погашение займа начинается через три года после окончания учебы в университете, то есть тогда, когда выпускник уже активно работает и, зарабатывая достаточную сумму денег, может сразу или постепенно оплатить взятый в студенческие годы заем.

Студенческая жизнь в Лунде очень разнообразна. Все студенты объединены в Студенческий союз, который в течение учебного года организует множество мероприятий – театральные вечера, музыкальные фестивали, спортивные состязания, карнавалы, субботние балы, выставки, экскурсии на week-end в другие города Швеции, Скандинавии и всей Европы.

В отличие от российских вузов, студенты в Лунде (как и во многих университетах других стран) очень близки с преподавателями, часто их отношения даже с профессорами носят неформальный характер. Преподавателей и студентов объединяет их общий клуб – Академическое общество. Оно было создано в 1830 году именно для объединения молодых и зрелых людей в единое сообщество.

Центром Академического общества стало старинное здание готической архитектуры напротив ректората в центре Лунда, в котором оно располагается уже более 100 лет (с 1851 года). Кроме администрации Общества в нем находится прекрасный книжный магазин, уютный ресторан, бары, библиотека, киносалон, камерный концертный зал.

Кафедральный собор Лунда

Ученый клоунель рекомендует посетить кафедральный собор Лунда. Лунд – место пребывания руководства шведской церкви. И город заслуживает этого почетного статуса, пронеся через века религиозный дух, воплощенный в стенах Кафедрального собора.

Кафедральный собор построен в романском стиле в 1145 году из песчаника, с башнями, достигающими 55 метров в высоту. Самому старому колоколу собора больше пяти столетий.

Основная достопримечательность – старинные астрономические часы, созданные в XIV веке, которые останавливались за это время только на 50 лет на рубеже XIX–XX веков. Дважды в день с помощью механизма разыгрывается спектакль на религиозные темы шестью деревянными фигурками. В нижней панели часов находится календарь с евангелистской символикой. Здесь же находится самый маленький из пяти орга́нов собора.

Кафедральный собор украшен великолепной мозаикой и другими произведениями искусства мастеров Средневековья.

Неделя в Лунде пролетела быстро. Ночной поезд уносил меня в Стокгольм… Теперь, по прошествии многих лет, я с удовольствием вспоминаю свою первую «научную гастроль», с которой начались мои научные странствия…