Журнал Здоровье №11 (71) 1960

Жизнь настойчиво требует от науки решения новых, все более сложных задач. Человек страдает врожденным пороком сердца. Его может спасти только операция. Но несколько лет назад продолжительные операции на сердце и крупных кровеносных сосудах не могли производиться из-за того, что остановка кровообращения лишала мозговые клетки кислорода. Как же уменьшить интенсивность обмена веществ в ткани мозга, ее чувствительность к кислородному голоданию? И ученые нашли ответ на этот животрепещущий вопрос. Они предложили снижать температуру тела.

Независимо от того, спит ли человек или бодрствует, его мозг поглощает одинаковое количество кислорода

У некоторых млекопитающих животных — медведей, сурков, сусликов, летучих мышей и других — резкое снижение температуры тела происходит зимой как естественное физиологическое явление. Они надолго впадают в спячку. В результате длительных поисков найдены средства, выключающие теплорегуляционные центры у высших животных и у человека. При этом охлаждение тела не вызывает повышения обмена веществ и теплообразования в организме. Температура тела снижается, и организм впадает в состояние, сходное с зимней спячкой животных.

В этих случаях интенсивность обмена веществ в мозгу резко падает, и он становится менее чувствительным к недостатку кислорода. В зависимости от того, насколько снижена температура тела, мозг без заметного ущерба может перенести отсутствие кислорода в течение 20–30 минут и даже дольше.

Снижение температуры тела при операциях на сердце и сосудах далеко не единственный пример практического применения достижений медицины, основанных на химии мозга. Знание химических процессов, протекающих в нервных тканях, необходимо для ряда важнейших проблем медицины. Среди них — изыскание наилучших способов наркоза, поиски эффективных жаропонижающих средств.

Другая особенность обмена веществ мозга состоит в том, что основным питательным веществом, поддерживающим химический состав и обеспечивающим жизнедеятельность мозга, являются углеводы. Они — главный источник энергии. Из 500 граммов углеводов, потребляемых человеком за сутки, около 90 — поглощает мозг.

Основной углевод, необходимый нервной ткани, это сахар-глюкоза. Вначале сахар распадается без участия кислорода, то есть анаэробно. В дальнейшем образовавшиеся вещества окисляются до конечных продуктов — воды и углекислого газа. В процессе таких химических превращений освобождается энергия. Она используется организмом для образования специальных энергетических веществ, содержащих фосфор, а частично переходит в тепло.

Запасы глюкозы в ткани мозга незначительны: в 100 граммах мозгового вещества содержится около 0,04 грамма глюкозы. При обычной жизнедеятельности клеток такого количества глюкозы хватило бы только на 10 минут. Вот почему для поддержания нормального состояния мозга необходимо постоянное снабжение его клеток не только кислородом, но и глюкозой.

Когда человек продолжительное время не ест или выполняет тяжелую мышечную работу, содержание глюкозы в крови значительно снижается. В результате мозг получает недостаточное количество сахара, работоспособность его ухудшается. Если в этот период человек съест несколько кусков сахара, то он почувствует себя значительно бодрее.

Сильно снижает уровень сахара в крови гормон поджелудочной железы — инсулин. В прошлом были случаи, когда больные, страдающие сахарным диабетом, пренебрегая советами врача, вводили себе слишком большие дозы этого препарата. В результате содержание сахара в крови резко падало, сахар переставал поступать в мозг. Если при этом человеку не оказывалась вовремя медицинская помощь, если ему не был введен в кровь раствор глюкозы, наступали судороги (так называемый инсулиновый шок). Вот почему лечение инсулином необходимо проводить под контролем врача, выполнять его рекомендации.

Изучая сложнейшие-процессы обмена веществ в живом организме, ученые давно мечтали о возможности каким-то образом «пометить» молекулы различных химических веществ и проследить за их судьбой в организме. Открытие радиоактивных изотопов дало исследователям всех отраслей знаний поистине незаменимое мощное средство. В области биохимии мозга проводятся тончайшие эксперименты с помощью меченых атомов. Меченные радиоактивными изотопами молекулы по своим химическим свойствам не отличаются от молекул, входящих в состав тканей. Поэтому их превращения в организме идут теми же путями, что и естественных, немеченых молекул.

С помощью радиоактивного изотопа фосфора в ряде лабораторий изучается, например, обмен фосфорных соединений в нервных тканях. По своим химическим свойствам радиоактивный фосфор ничем не отличается от природного фосфора, но его можно обнаружить и количественно определить, используя специальные приборы — счетчики.

Вот как проводится исследование. Животному вводят незначительное количество натриевой соли фосфорной кислоты, содержащей радиоактивный фосфор. Спустя некоторое время можно точно установить его содержание в различных химических веществах мозга. Сравнительные данные позволяют судить о скорости образования этих веществ в нервных тканях.

В нормальных условиях жизни скорость образования составных частей мозга является такой же, как и скорость их распада, и количество химических веществ мозга остается постоянным. Это постоянство обусловливается тем, что все время идет процесс обновления молекул — вместо распавшихся молекул воссоздаются новые и в том же количестве.

Ученым удалось выяснить, что скорость обновления разных химических веществ мозга весьма различна. Одни из них обновляются за несколько минут, другие — в течение часов, третьи — дней и, наконец, некоторые — в течение месяцев.

Метод радиоактивных изотопов пригоден для изучения обмена не только фосфорных соединений. Если животному ввести аминокислоты, меченные радиоактивным углеродом или радиоактивной серой, то можно установить, сколько времени необходимо для того, чтобы все старые молекулы белка были заменены вновь синтезированными. Исследования показали, что белки обновляются в течение примерно 12 суток. Таким образом, долгая жизнь нервных клеток, равная жизни организма, сочетается с очень большим числом обновлений белкового состава этих клеток.

Содержание азота в тканях мозга определяют специальным аппаратом

Перестройка всех химических веществ нервных тканей — белков, жиров, углеводов и т. д. — лежит в основе тех изменений мозга, которые происходят в процессе роста и развития организма, равно как в результате приспособления его к постоянно меняющимся условиям окружающей среды.