Ася Казанцева - Как мозг заставляет нас делать глупости

Абсолютное большинство нейронов млекопитающих общаются друг с другом с помощью нейромедиаторов. Когда электрический сигнал доходит до конца аксона, под его действием в синаптическую щель высвобождаются молекулы, заранее запасенные в пресинаптическом пространстве. Это и есть нейромедиаторы — дофамин, норадреналин, серотонин, гамма-аминомасляная кислота или любой другой из героев книжки. Они героически проплывают десятки нанометров синаптической щели и связываются с рецепторами на постсинаптической мембране — а это приводит к тому, что второй нейрон тоже начинает впускать или выпускать ионы калия и натрия и генерирует свой собственный электрический ток (или, наоборот, блокирует всякую возможность возникновения потенциала, если речь идет о тормозном нейромедиаторе).

Прелесть такой системы передачи в том, что на нее возможно влиять множеством разных способов. Первый нейрон может выпускать множество разных нейромедиаторов в любых количествах. Он может захватывать их из синаптической щели обратно. В пространстве между нейронами могут присутствовать ферменты, расщепляющие нейромедиатор. Рецепторы могут быть более или менее чувствительны к нейромедиаторам. На все эти параметры можно влиять с помощью дополнительных молекул, как вырабатываемых в организме, так и купленных в аптеке, и таким образом в широких пределах модифицировать работу нейронов, а значит, и настроение, память, обучение. Еще один очевидный пример лигандов, связывающихся с рецепторами в многоклеточном организме, — это гормоны. В узком смысле гормонами называют вещества, которые вырабатываются специализированными эндокринными железами — эпифизом, надпочечниками, щитовидной железой и т. д. Более современное определение включает любые вещества, которые вырабатываются в одних тканях и влияют на другие, например лептин, который производится жировыми клетками, или холецистокинин, вырабатывающийся в тонком кишечнике. Оба этих гормона-в-широком-смысле могут воздействовать на мозг, подавляя чувство голода.

Клетки могут принять решение о производстве гормона самостоятельно. Допустим, поджелудочная железа сама анализирует уровень сахара в крови и, если его становится много, вырабатывает больше инсулина, разрешающего клеткам забрать этот сахар и съесть его. Но присутствует и центральная регуляция: гипоталамус собирает всю информацию о составе крови, работе внутренних органов, состоянии мозга, времени суток и так далее, вырабатывает молекулярные сигналы для гипофиза, а тот в свою очередь выделяет гормоны, регулирующие работу организма как напрямую, так и за счет воздействия на все остальные эндокринные железы нашего тела.

Химическая природа гормонов разнообразна: в принципе почти любая молекула в ходе эволюции имеет шанс превратиться в посланника судьбы. В нашем случае две самые большие группы — это стероидные и пептидные гормоны. Первые производятся на базе холестерина (да, это вообще ужасно важная и нужная молекула, без нее еще и клеточные мембраны не смогут существовать; хорошая новость в том, что организм умеет синтезировать холестерин самостоятельно, так что можно не следить специально за его присутствием в пище). К стероидным гормонам относятся все главные половые гормоны (эстрадиол, тестостерон и т. д.) и все кортикостероиды, в том числе «гормон стресса» кортизол. Стероидные гормоны легко проникают сквозь клеточные мембраны, так что рецепторы к ним расположены не на поверхности клеток, а внутри. Пептидные гормоны — это цепочки аминокислот. Их не называют белками, потому что не доросли и не заслужили: белки длинные, а пептиды короткие. Например, в окситоцине всего девять аминокислот. В инсулине две цепи, А и В , первая состоит из 21, а вторая из 30 аминокислот. Впрочем, пептидные гормоны синтезируются как классические белки, и первоначально они вполне длинные, просто потом разрезаются на несколько кусочков, один из которых становится гормоном, а другие тоже на что-нибудь пригождаются. Но абсолютное большинство пептидных гормонов вырабатываются в гипоталамусе и гипофизе, и поэтому судьба побочных продуктов их производства изучена еще не полностью — тут с главными бы продуктами окончательно разобраться.

Существует много гормонов, которые не являются ни стероидами, ни пептидами. Своя особенная структура, например, у гормонов щитовидной железы, или у адреналина, или у мелатонина. Этот последний — производное триптофана, то есть аминокислоты, но одной-единственной. Триптофан превращается в серотонин, а серотонин в свою очередь в мелатонин. В популярных статьях о диетах нередко встречается утверждение, что бананы богаты триптофаном, а значит, их надо есть ради синтеза серотонина и улучшения настроения. Это сомнительно: с тем же уровнем достоверности можно предположить, что из излишков серотонина будет синтезирован мелатонин и в лучшем случае вам захочется спать, а в худшем начнется сезонная депрессия. Есть научные исследования о том, что при остром недостатке триптофана в диете настроение действительно падает, но неполноценное питание вообще не способствует личному благополучию; а вот идея о том, что надо есть именно бананы, чтобы быть счастливыми, — это, видимо, все-таки городская легенда.

Три регуляторные системы организма: нервная, эндокринная и иммунная

Химическая близость серотонина (мы считаем его нейромедиатором) и мелатонина (он тоже вырабатывается в мозге и действует в том числе на мозг, но мы считаем его гормоном) лишний раз показывает, насколько условны все эти классификации. На самом деле у наших клеток множество путей обмена информацией. Для быстрых целенаправленных реакций есть нервная система, но и в ней для передачи сигналов от нейрона к нейрону используются химические вещества; для медленных реакций широкого спектра действия есть гормоны, но если рассматривать их широко, то среди них есть всякие малоизвестные молекулы, которые вырабатываются где-нибудь в кишечнике и действуют на его же соседние клетки настолько прицельно и быстро, что почти могут конкурировать с нервными сигналами. А ведь еще есть иммунная система, клетки которой тоже активнейшим образом выделяют химические сигналы для общения и друг с другом, и с другими тканями организма, и мы не называем эти сигналы гормонами только потому, что привыкли считать ими вещества, выделяющиеся в конкретных железах. Абсолютно все системы организма влияют друг на друга, слышат друг друга, контролируют друг друга, понимают друг друга — и именно благодаря этому у нас такое прекрасное тело, в котором все хорошо работает в течение многих лет. Сейчас, в начале XXI века, ученые знают о его работе фантастически много, несопоставимо больше, чем в начале XX, когда присуждались самые первые Нобелевские премии за исследования нервных и химических взаимодействий между разными клетками. Я уверена, что в течение ближайших 100 лет все молекулярные взаимодействия наконец будут описаны, и ими можно будет эффективно управлять, предотвращая само появление дисбаланса, то есть болезней. Но наука на этом не остановится, потому что она никогда не останавливается. Она начнет думать, как сделать нас еще лучше — и не только здоровее, но и счастливее и умнее, потому что это ведь тоже вопрос молекул. И я уверена, что эта задача тоже будет решена.