М. Е. Вартанян (1993)
В последние годы во многих странах мира отмечается большой интерес к изучению мозга. Как прямое следствие этого следует рассматривать объявление периода с 1990 по 2000 г. десятилетием изучения мозга.
В чем причина столь повышенного интереса к нейронаукам? Прежде всего в огромном теоретическом и практическом значении этой проблемы для понимания природы человека и его здоровья. Другим важным обстоятельством явился тот факт, что крупные теоретические разработки мультидисциплинарных исследований мозга привели к созданию принципиально новых подходов и технологий. Последние поставили нейронауки на качественно новый уровень развития, создав в ряде областей прорыв наших знаний о структуре и функциях мозга.
Одними из таких научных областей являются биотехнология и основанная на ней молекулярная генетика мозга. Поиск генов, контролирующих и регулирующих развитие и метаболизм мозга (нейрогенов), оказался в настоящее время магистральным направлением современной нейрогенетики.
Известно, что геном человека состоит из 3 млрд пар нуклеотидов. Зная протяженность гена, равную 3300 сантиморганид и средний размер гена человека, составляющий около 1000 пар нуклеотидов, нетрудно вычислить число мРНК, мозга — 30 000. Это означает, что в мозге существует и может функционировать
около 30 000 дискретных продуктов (пептиды, белки и др.). Эта цифра в 5—6 раз больше, чем число мРНК в любом другом органе человека.
Такой большой размах генетической информации в мозге объясняет появление нервных и психических нарушений в клинической картине большинства наследственных болезней человека.
Традиционные, классические методы разделения и изучения белков и пептидов мозга (двухмерный электрофорез, хроматография и др.) позволяют исследовать около 700—800 различных структур. Применение же методов молекулярной генетики с использованием соответствующих молекулярных зондов допускает изучение и картирование на хромосомах практически всех первичных структур ДНК и конкретных генов. В связи с этим появляется возможность описания их первичных продуктов и функций.
|
|
Параллельно с молекулярным (физическим) картированием генома нормального человека ведутся интенсивные поиски ДНК-фрагментов генов, создающих предрасположенность к различным болезням человека. Таким способом идентифицированы фрагменты, в пределах которых локализованы гены, предрасполагающие ко многим хроническим неинфекционным болезням. Среди них нервно-мышечная дистрофия, хорея Гентингтона, болезнь Альцгеймера и др. Более того, при нервно-мышечной дистрофии
определена структура (последовательность нуклеотидов) гена, предрасполагающего к развитию этого заболевания, ген картирован в хромосоме X (р21). В результате этого удалось получить первичный продукт этого гена (нейродистрофин) и подойти к пониманию патогенеза болезни. Ген, связанный с хореей Гентингтона, картирован в хромосоме 4 (р!6). Поучительными являются попытки локализовать гены семейных форм болезни Альцгеймера. Первоначально, как известно, был локализован фрагмент на 21-й хромосоме в участке 21q21, что согласовывалось с повышенной ассоциацией частоты случаев болезни Альцгеймера и случаев болезни Дауна в семьях этих больных. Затем было показано, что этот ген контролирует содержание в мозговых бляшках предшественника амилоида, что характерно не только для лиц, страдающих болезнью Альцгеймера, но и вообще для пожилых людей. Правда, следует сразу оговориться и отметить, что в самое последнее время появились сообщения об обнаружении мутации в пределах этого гена, что может отличать амилоид мозга при нормальном старении от амилоида при болезни Альцгеймера. Дальнейшие поиски генетической природы этого заболевания привели к обнаружению сцепленного с ним другого гена, локализованного в 19-й хромосоме (участок q!3). Кроме того, в самое последнее время обнаружен третий ген (14-я хромосома, участок 14q24), сцепленный с болезнью Альцгеймера семейного типа. Таким образом, возникает весьма сложная картина генетической структуры наследственной предрасположенности к болезни Альцгеймера. Дальнейшие исследования должны помочь разобраться в этом. Вопрос состоит в том, идет ли речь о высокой степени гетерогенности болезни, диагностируемой клиницистами как единое заболевание, или обнаружение нескольких генетических локусов, сцепленных с болезнью, свидетельствует о более сложных модусах ее наследования. Эти и многие другие примеры подтверждают большую перспективность методов молекулярной генетики в расшифровке наследственной природы большой группы хронических неинфекционных болезней. Кроме теоретического значения, эти исследования имеют большое будущее в практическом здравоохранении, ибо создают основу для доклинической диагностики заболеваний. Доклиническая диагностика, проводимая с помощью молекулярных зондов ДНК, позволяет создать научно обоснованную методологию первичной профилактики ряда заболеваний. Имеется в виду возможность диагностики на ранних этапах онтогенеза предрасположенности к болезням, возникающим во второй половине жизни (хорея Гентингтона и др.).
|
|
|
|
Другая область прорыва наших знаний в нейронауках связана с методами нейроинтраскопии, основанными на принципе распознавания образов. Среди этих методов наиболее широко используются: компьютерная томография (КТ); метод магнитного резонанса (МР); однофотонная эмиссионная томография (ОЭТ); позитронная эмиссионная томография (ПЭТ). Весь этот комплекс методов позволяет проводить неинвазивное изучение структуры и функций мозга.
Обычная КТ и метод МР делают возможным изучение относительно тонких морфологических изменений структур мозга (их увеличение или уменьшение), его органические изменения (новообразования и др.). Например, при старческих деменциях и болезни Альцгеймера удается четко продемонстрировать изменения вентрикулоцеребрального коэффициента, отражающего соотношение тканей мозга и желудочковой жидкости. Разрабатывается ряд других характеристик, отражающих состояние тканей мозга.
Дополнительные возможности открываются при использовании для изучения мозга методов ОЭТ, позволяющей, в частности, оценить локальный мозговой кровоток. При ряде нервных и психических заболеваний, связанных с нарушением функции сосудов нервной системы. Этот метод создает возможность оценки ее кровоснабжения. Еще больший потенциал для развития нейронаук содержит в себе метод ПЭТ. Его преимущество по сравнению с предыдущими состоит в том, что с его помощью можно исследовать особенности метаболизма мозговой ткани. Используя меченые лиганды (в том числе физиологически активные субстанции), с помощью этого метода можно изучить их метаболизм в мозге и взаимодействие с соответствующими нейрональными рецепторами. Другими словами, ПЭТ позволяет визуализировать количество и функции различных рецепторов мозга. С помощью ПЭТ впервые на целостном мозге человека при жизни получены данные о том, что синтез белка, измеряемый по включению меченых аминокислот, возрастает при медленном сне, а в периоды быстрого сна топография тех же процессов в мозге существенно отличается. Интересные различия между разными структурами мозга выявлены при изучении утилизации глюкозы при различных функциональных состояниях ЦНС. Так, резкое усиление метаболизма глюкозы наблюдается в теменно-височных областях мозга при тревожных (анксиозных) расстройствах, страхе и др. Эти находки открывают чрезвычайно широкие перспективы в прижизненном изучении нейрохимических механизмов нервной деятельности в норме и при патологии. На этом пути возникают реальные возможности исследования патогенеза нервных и психических болезней.
В частности, большое практическое значение будет иметь изучение взаимодействия различных психотропных лекарственных средств (лигандов) с соответствующими нейрональными рецепторами, что существенно стимулирует поиск и создание новых лечебных препаратов. Однако этим не ограничивается
практическое значение упомянутых выше методов нейроинтроскопии. Последние, существенно повышая разрешающую способность диагностических методов, значительно расширяют возможности клиницистов в объективизации их диагностических подходов.
Обогащаясь новыми теоретическими концепциями и принципиально новыми технологиями, нейронауки в свою очередь начинают оказывать все большее влияние на развитие других областей биомедицинской науки и здравоохранения.
В связи с этим нельзя не упомянуть о роли нейропсихофармакологии в развитии принципов лекарственной терапии в общей медицине.
Хорошо известно, что в последние годы психотропные лекарственные препараты чрезвычайно широко используются населением. По частоте употребления психотропные вещества занимают второе место после антибиотиков. Представляет интерес тот факт, что около 25 % всех рецептов, выписываемых в мире, приходится на психотропные средства. Следует отметить, что 75 % этих рецептов выписывается не неврологами и психиатрами, а врачами общей практики. Возникает вопрос, почему психотропные вещества оказываются эффективными при лечении соматических болезней.
Успехи нейронаук в определенной степени могут объяснить природу этого феномена. Известно, что 10—15 лет назад на поверхности нейронов мозга человека были обнаружены участки их связывания с различными психотропными соединениями, так называемые лекарственные рецепторы. Было продемонстрировано, что параллельно с классическими, давно известными нейротрансмиттерными рецепторами эти места связывания участвуют в формировании лекарственного «сигнала», адресованного мозгу.
В последние годы выяснилось, что подобные лекарственные рецепторы обнаруживаются на клетках (в том числе и нервных) периферических соматических
органов, таких, как сердце, желудочно-кишечный тракт, легкие, почки и др. Обнаруженные сходства и различия «центральных» и «периферических» лекарственных рецепторов являются важным фактором терапевтических эффектов при соматических болезнях. Например, показано, что один их классов антидепрессантов (трициклические соединения — амитриптилин) достаточно эффективно применяется клиницистами при лечении ишемической болезни сердца, язвенной болезни желудка, диабетической нейропатии, энурезе у детей, паркинсонизме и др.
Число лекарственных веществ различных классов, к которым в организме человека обнаруживаются рецепторы, все больше увеличивается в последние годы. Многие из этих рецепторов хорошо описаны химически и фармакологически, например, бензодиазепиновые, имипраминовые, галоперидоловые, фенилциклидиновые, нимодепиновые, аминазиновые и др. Более того, для некоторых из них (бензодиазепиновые, BZ) доказана структурная и функциональная гетерогенность (BZ1 и BZ2). Чрезвычайно заманчивой выглядит идея оценить клинические особенности действия психотропных веществ в зависимости от степени их аффинитета к соответствующим субклассам этих рецепторов.
Оценивая весь комплекс рецепторно-лигандных взаимоотношений психотропных средств, закономерно поставить вопрос о природе и эволюционном происхождении лекарственных рецепторов в мозге и других соматических органах человека. Понятно, что в историческом и эволюционном аспектах природа не могла предугадать возможность появления в середине XX века нового класса психо-тропных соединений и создать соответствующие участки на поверхности клеток, способные специфически связывать различные лекарственные соединения. Более очевидной представляется гипотеза о том, что среди тысяч химических веществ фармакологи отобрали клинически наиболее эффективные на основе тропизма этих соединений к существующим в организме рецепторам. Такая гипотеза требует ответа на другой вопрос: какую физиологическую роль играют эти рецепторы в организме здорового и больного человека независимо от вводимых лекарств. Попытки ответить на этот вопрос привели к созданию в нейронауках нового направления исследований — поискам эндогенных, физиологически активных веществ, в том числе психотропного действия. Предполагается, что подобные вещества должны принимать участие в механизмах регуляции мозговых функций и поведения человека в норме и при патологии.
Подобная логика делает понятным столь широкое представительство лекарственных рецепторов не только в ЦНС, но и в других органах. Основываясь на этом принципе, в настоящее время экспериментальная и клиническая фармакология вступает на качественно новый путь своего развития в создании новых лекарственных препаратов.
Говоря о роли нейронаук в развитии современной медицины, можно продолжить аналогии между нервной системой и другими системами организма, в частности иммунной.
В последние годы было экспериментально подтверждено существенное сходство между структурами и функциями нервной и иммунной систем. Дело не только в сходстве принципов, по которым функционируют обе системы (распознавание образов, хранение информации, извлечение ее из памяти и др.), но и в общности ряда лигандов и рецепторов. В частности, на иммунокомпетентных клетках установлено существование рецепторов к регуляторным пептидам (субстанция Р, энкефалины, эндорфины, пролактин, АКДТ, соматостатин, ВИП и др.) и нейротрансмиттерам (норадреналин, ацетилхолин, дофамин, серотонин, гистамин и др.). В иммунокомпетентных клетках многократно продемонстрирован синтез нейропептидов: энкефалинов, эндорфинов, АКТГ, пролактина, вазопрессина, окситоцина и ряда других. С другой стороны, в клетках нейроэндокринной системы показана возможность синтеза лимфокинов и монокинов — интерлейкинов, тимозинов, интерферонов. Следовательно, нарушения в упомянутых системах мозга могут вызвать соответствующие сдвиги в иммунной системе и ее элементах. Другими словами, приведенные выше факты о сходстве двух систем могут являться основой взаимодействия нервной и иммунной систем и обеспечить нейрогенную регуляцию функций иммунитета и их нарушений. На основе этих исследований в последние годы интенсивно развивается новое направление в современной иммунологии — психонейроиммунология. В свою очередь большой размах этих исследований продемонстрировал возможность влияния иммунных процессов на функции ЦНС. Эти процессы, обозначаемые как нейроиммуномодуляция, в настоящее время привлекаются для объяснения многих клинических феноменов и возвращают нас к идеям нервизма в медицине, сформулированным классиками отечественной физиологии И. М. Сеченовым и И. П. Павловым.
Факты, приведенные в настоящей статье и описанные в литературе, свидетельствуют о большом вкладе нейронаук в развитие теоретических представлений в области медико-биологических концепций современной медицины.
Однако значение нейронаук не ограничивается их большим теоретическим вкладом в развитие медицины. Дальнейшие успехи нейронаук приведут к решению многих практических проблем современного здравоохранения и прежде всего вопросов этиологии и патогенеза болезней человека. Особенно это касается нервных и психических заболеваний. Широкая распространенность, хроническая инвалидизация и большая социально-экономическая значимость ставят эти болезни в ряд наиболее важных проблем здравоохранения. В стране в настоящее время имеется около 4 млн хронических инвалидов по этим заболеваниям. Стоимость лечения и ухода за ними (включая прямые и непрямые расходы) составляет 35 млрд руб. (в ценах 1991 г.).
Распространенность основных нервно-психических болезней и расстройств (умственная отсталость, шизофрения, пограничные состояния, сосудистые нарушения, включая начальные формы, инсульты, черепно-мозговая травма, нейроинфекции и др.) в стране составляет около 26 млн человек. Поданным конгресса США, всеми заболеваниями, так или иначе связанными с патологией мозга, в Америке страдает около 50 млн. человек.
Решение этих сложнейших проблем здравоохранения требует огромных усилий не только национальных, но и крупных международных коллективов нейро-биологов и клиницистов. Назрела необходимость создания крупной государственной программы по нейронаукам. Общее собрание Российской академии медицинских наук на своей сессии приняло решение о создании такой программы. Ее структура состоит из 6 основных блоков: 1) развитие и инволюция мозга; 2) важнейшие болезни мозга; 3) адаптация, компенсаторно — восстановительные процессы; 4) распространенность и структура нервных и психических заболеваний; 5) фармакология болезней мозга; 6) нейробиология; проблемы физиологии и общей патологии нервной системы.
Выполнение этой программы обеспечит значительный прогресс нейронаук в нашей стране и явится достойным вкладом в международные усилия по развитию исследований в рамках объявленного в мире «Десятилетия изучения мозга» (1990-2000 гг.).