Энергия мозга. Теория развития всех психических заболеваний, объясняющая их общую причину

Следующее наблюдение физиков Альберта Эйнштейна и Леопольда Инфельда, сделанное в 1938 году, имеет огромное значение:

«Создание новой теории – это не возведение нового небоскреба на месте разрушенного сарая. Скорее это сродни восхождению на гору, в ходе которого открываются все более новые и широкие виды, обнаруживающие неожиданные связи между нашей отправной точкой и тем, что ее окружает. Между тем точка, с которой мы начинали, никуда не девается и остается видимой, хотя и кажется куда меньше, занимая лишь крохотную часть нашего широкого поля зрения, полученного благодаря преодолению препятствий на нашем авантюрном пути наверх (1)».

Чтобы любая новая теория была воспринята всерьез, она должна включать в себя достоверно известные факты. Она не может просто их заменить: теория должна связать воедино уже существующие знания и опыт для получения более глубокого понимания, которое расширит наш кругозор и подскажет новые идеи.

У основания горы Эйнштейна и Инфельда специалисты по психическому здоровью расположились разными лагерями. Некоторые считают, что психические заболевания имеют биологическую основу, что они возникают из-за химического дисбаланса. Они назначают лекарства и видят, что эти лекарства действуют. Другие специалисты сосредоточены на психологических и социальных проблемах. Они помогают людям с помощью психотерапии и социальных вмешательств и видят, что эти методы лечения также имеют положительный результат. Эти специалисты с уверенностью утверждают, что некоторые психические расстройства связаны с психологическими и социальными вопросами, устранение которых без помощи таблеток может решить проблему, по крайней мере для некоторых пациентов. В действительности все эти точки зрения верны. Это становится очевидным, если взглянуть с позиций нашей новой теории: теории энергии мозга.

В мире медицины новые теории позволяют лучше понять связь между методами лечения и расстройствами, которые мы в настоящее время не можем объяснить. Они помогают прогнозировать результаты будущих исследований и разрабатывать более эффективные методы лечения. Теория энергии мозга сделает все это для психических расстройств. Между тем ее влияние выходит за пределы области психического здоровья. Эта теория объединяет медицинские дисциплины, которые большинство людей считают не связанными друг с другом, – психиатрию, неврологию, кардиологию и эндокринологию. Другие тоже. У всех этих дисциплин есть свои лагеря у основания горы. Иногда они работают сообща, и практикующие врачи видят связи между ними, однако слишком часто этого не происходит. Пациент может посещать кардиолога, который назначает ему препараты для сердца, эндокринолога, который занимается лечением диабета, и психиатра, который выписывает лекарства от биполярного расстройства. Но эти специалисты не взаимодействуют друг с другом. Я надеюсь, что теория энергии мозга изменит такое печальное положение дел, улучшит междисциплинарное взаимодействие и приведет к более эффективному и комплексному лечению. С учетом всего, что мы уже узнали о связях между всеми этими расстройствами, такое сотрудничество кажется вполне логичным. Возможно, вскоре станет возможным заниматься лечением и профилактикой всех этих болезней с помощью единого комплексного медицинского плана.

Для того чтобы доказать или, по крайней мере, убедительно подтвердить теорию энергии мозга, на страницах этой книги будут продемонстрированы основные ее аспекты.

➧ Метаболические нарушения постоянно обнаруживаются у людей с психическими расстройствами, даже у тех, кому прежде не были диагностированы ожирение, диабет или сердечно-сосудистые заболевания.

➧ По сути, все факторы риска психических и метаболических расстройств совпадают. В этот список входят биологические, психологические и социальные факторы, начиная с рациона питания и физических упражнений, курения, употребления наркотиков и алкоголя, сна… и заканчивая гормонами, воспалением, генетическими, эпигенетическими факторами и кишечным микробиомом. Кроме того, в этот список также входят личные отношения, любовь, наличие смысла и цели в жизни, уровень стресса. Вы можете выделить любой из этих факторов и увидеть, что он повышает риск как метаболических, так и психических расстройств.

➧ Каждый из этих факторов риска можно напрямую связать с обменом веществ.

➧ Все симптомы психических расстройств можно напрямую связать с обменом веществ, а, точнее, с митохондриями, главными его регуляторами.

➧ Действие всех современных методов лечения в психиатрии, включая различные биологические, психологические и социальные вмешательства, вероятно, объясняется их влиянием на обмен веществ.

По мере изучения этих доказательств станет ясно не только то, что психические расстройства действительно представляют собой метаболические расстройства мозга, но также и то, почему это так важно и как это может помочь с лечением.

Метаболический эффект

Предположение о том, что так много различных расстройств возникает из-за проблем с обменом веществ, может показаться надуманным. Любопытно, что, хотя в настоящее время медицина объединяет ожирение, диабет и сердечно-сосудистые заболевания в группу метаболических расстройств, так было не всегда. В конце концов у них совершенно разные симптомы и они требуют разных лекарств и разных методов лечения. До сих пор существуют отдельные специальности, занимающиеся этими нарушениями, – медицина ожирения (ожирение), эндокринология (диабет), кардиология (сердечные приступы) и неврология (инсульты). Между тем все они оказывают влияние на весь организм, и люди, страдающие одним из этих расстройств, подвержены повышенному риску развития всех остальных. Однако не у всех людей, страдающих ожирением, в итоге случается сердечный приступ или развивается диабет. Не у всех диабетиков есть ожирение. Не все, кто перенес инсульт, болеют диабетом. Тем не менее, хотя у разных людей и наблюдаются разные признаки и симптомы, все они взаимосвязаны между собой.

Серьезные нарушения обмена веществ не ограничиваются повышением риска других метаболических расстройств, таких как ожирение, диабет, инфаркты и инсульты. Как мы говорили, они также увеличивают риск развития болезни Альцгеймера, эпилепсии и психических проблем. Кроме того, у пациентов с метаболическими расстройствами чаще развиваются и другие болезни, которые обычно не считаются метаболическими. К таковым относятся проблемы с печенью, почками, нервами, мозгом, суставами, гормональные нарушения, желудочно-кишечные, аутоиммунные проблемы и даже рак.

Большинство людей считают, что метаболические расстройства – это простые проблемы с простыми решениями. Они полагают, будто им известны «первопричины» этих расстройств – переедание, недостаток физической активности и/или курение. Если не переедать, заниматься спортом и не курить, то никаких метаболических проблем тебе не грозит. Кажется, проще простого.

Только вот с обменом веществ просто не бывает никогда.

Давайте рассмотрим пример. Марк был на вид здоровым, стройным и подтянутым 45-летним мужчиной, у которого развился рассеянный склероз (РС) – аутоиммунное заболевание. Для его лечения было назначено лекарство «Преднизолон» из группы кортикостероидов. За несколько недель мужчина изрядно набрал в весе. Через месяц у него развилось преддиабетное состояние, и ему назначили лекарство от диабета. К сожалению, увеличение веса тела и повышенный уровень сахара в крови – это известные побочные эффекты приема «Преднизолона».

За следующие полгода Марк набрал 18 килограммов. Лишний вес не появился из ниоткуда: режим питания и физической активности пациента резко изменился. До постановки диагноза он всегда хорошо питался и энергично занимался спортом несколько раз в неделю. Проблема в том, что кортикостероиды, как известно, повышают аппетит, и Марк начал злоупотреблять нездоровой пищей, которую прежде обходил стороной. Он пытался и дальше заниматься спортом, однако с каждым лишним килограммом это становилось все труднее. Уделять физическим нагрузкам столько же времени, как раньше, уже не получалось. У Марка ухудшились маркеры риска сердечно-сосудистых заболеваний, включая повышение артериального давления и уровня липидов в крови. Он был на полпути к сердечному приступу или инсульту. Кроме того, у него развилась повышенная тревожность и легкая депрессия. Только вот кто бы не испытывал депрессию и тревогу в его ситуации? Врач посоветовал заняться йогой и сесть на диету. К сожалению, эти рекомендации не помогли.

В чем же первопричина метаболических нарушений Марка? В течение шести месяцев после начала приема кортикостероидов у него развились диабет и ожирение. Убедительно доказано, что виной всему было лекарство, а не сила воли или самодисциплина Марка. Его тяга к нездоровой пище и упадок сил – это симптомы метаболических нарушений. Его депрессия и тревожность – также известные побочные эффекты этого лекарства. В каком-то смысле мужчине повезло, что у него не развилась мания или психоз – еще одни возможные побочные эффекты «Преднизолона».

Подобные реакции на кортикостероиды наблюдаются постоянно. Другие препараты также способны вызывать схожие метаболические нарушения, включая многие психиатрические лекарства. Но речь не о том, что их никогда не следует принимать: аутоиммунные расстройства вроде того, что было у Марка, способны привести к необратимому повреждению внутренних органов, а побочные эффекты лечения зачастую просто принимают в качестве рисков, на которые стоит пойти с учетом тяжести заболевания. Речь о том, что в метаболических проблемах нет ничего простого и их невозможно избежать с помощью только силы воли. Лекарства – лишь одна причина из множества возможных. Например, у человека, пережившего ужасное насилие в детстве, скорее всего, изменен уровень кортизола – гормона – эквивалента преднизолону. Неудивительно, что у людей с травмами в прошлом чаще развиваются метаболические расстройства… равно как и психические отклонения. И как только начинаются метаболические проблемы, симптомы и изменения образа жизни, с которыми столкнулся Марк, становятся довольно обычным явлением.

Что такое обмен веществ?

Большинство людей, услышав фразу «обмен веществ», представляют себе, как организм сжигает жир и калории. Считается, что люди с «быстрым» обменом веществ от природы худые и им сложнее набрать вес, в то время как люди с «медленным» обменом веществ склонны к полноте – даже если не переедают. На этом представление о метаболизме для многих заканчивается. На самом деле обмен веществ влияет на все аспекты работы нашего организма.

Для получения энергии необходимы пища, вода, витамины и минералы, а также кислород – мы вдыхаем кислород и выдыхаем углекислый газ, отходы обмена веществ. Когда мы едим, пища расщепляется на углеводы, жиры и аминокислоты, а также витамины и минералы. Все это всасывается в кровь и разносится по организму. Попадая в клетки, эти нутриенты используются в качестве строительных блоков для производства белков или мембран. Некоторые из них могут быть отложены на черный день в виде жировой ткани. Бо́льшая же часть преобразуется в аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ) – главную энергетическую молекулу клетки. АТФ – это топливо, на котором работают наши клетки.

Так нам объясняют устройство обмена веществ в курсе биологии средней школы. В одном предложении его можно описать следующим образом: обмен веществ – это процесс превращения пищи в энергию или строительные блоки для роста и поддержания клеток, а также эффективной утилизации отходов жизнедеятельности. Метаболизм определяет здоровье наших клеток, развитие и функционирование тела и мозга, а также распределение ресурсов между различными клетками для оптимизации жизнедеятельности.

Метаболизм позволяет одним клеткам расти и процветать, а другим – стареть и умирать в результате сложного анализа затрат и выгод, который отдает предпочтение здоровым и полезным клеткам, а не старым, слабым или просто более затратным.

С точки зрения управления ресурсами организма наш обмен веществ постоянно адаптируется к меняющейся среде обитания. Эти адаптации позволяют людям процветать в оптимальных условиях или просто выживать в ситуациях, связанных с повышенным стрессом, например при нехватке пищи. Между тем наличие пищи – это не единственный фактор, на изменение которого реагирует обмен веществ. Свою роль играет и многое другое: психологический стресс, освещенность, температура, количество сна, гормональные уровни и количество доступного клеткам кислорода.

В конечном счете, обмен веществ – это борьба организма за жизнь. Многие биологи согласятся с утверждением, что метаболизм определяет саму жизнь.

Энергетический дисбаланс

Обмен веществ описывает, как наш организм создает и использует энергию, и все вопросы в этой области можно рассматривать с точки зрения энергетического дисбаланса.

Проблемы с обменом веществ приводят к нарушению нормальных функций всех клеток человеческого организма. Так, когда метаболизм нарушается в клетках сердца, они хуже справляются с перекачиванием крови. Клетки мозга нуждаются в точном регулировании. Они должны в строго определенное время включаться и выключаться. Когда в клетках мозга нарушается обмен веществ, с этим могут возникнуть проблемы. Точность – самое главное в работе мозга, и, как мы увидим, нарушения могут привести к известным симптомам психических заболеваний.

Мозг – самый сложный орган в человеческом теле. По современным оценкам, в мозге взрослого человека насчитывается порядка 100 миллиардов нейронов. Кроме того, на один нейрон приходится от 10 до 50 глиальных клеток. Нейроны – это «нервные клетки», а глиальные клетки часто рассматриваются как вспомогательные элементы нейронов. В общей сложности в человеческом мозге насчитывается от одного до пяти триллионов клеток. Одна группа исследователей предположила, что в мозге 86 миллиардов нейронов и 84 миллиарда глиальных клеток, или 170 миллиардов клеток (2). В любом случае это очень много!

Как же координируется работа всех этих клеток? Многие скажут, что за это отвечают нейромедиаторы, химические вещества, передающие сообщения между клетками. Нейромедиаторы можно рассматривать как сигналы «пуска» или «остановки» – как правило, их делят на возбуждающие (пуск) и тормозящие (остановка). Существуют и другие варианты, но пока нам хватит и этого. На протяжении десятилетий они находились в центре внимания неврологов и специалистов в области биологической психиатрии. Но что же управляет этими нейромедиаторами? Как клетки понимают, когда именно их нужно выделять? Считается, что их высвобождение запускается нейромедиаторами из других клеток. Отчасти это, конечно, верно. Вместе с тем, как я еще не раз скажу в этой книге, существует множество других факторов, диктующих поведение клеткам мозга.

Мы выяснили, что для работы клеток необходима энергия. Она используется для самых разных процессов по всему организму, включая работу мышц, производство и регулирование гормонов, а также производство и высвобождение нейромедиаторов. Как правило, больше всего от проблем с обменов веществ страдают те части организма, которым требуется больше всего энергии. Как вы можете догадаться, возглавляют этот список мозг и сердце.

Хотя на мозг и приходится лишь около 2 % общей массы тела, он потребляет порядка 20 % всей энергии, расходуемой организмом в состоянии покоя. Клетки мозга чрезвычайно чувствительны к перебоям в энергоснабжении, и, когда в организме где-то возникают проблемы с обменом веществ, мозг обычно об этом знает.

Так как мозг управляет телом, то в конечном счете он контролирует восприятие реальности. Когда в организме нарушен метаболизм, мы можем ощущать боль, испытывать одышку, усталость или головокружение. Если проблема с обменом веществ в самом мозге, признаки и симптомы могут принимать практически любую форму. Иногда они очевидны, например галлюцинации, спутанность или полная потеря сознания. В других случаях менее выраженные – усталость, проблемы с концентрацией внимания или легкая депрессия.

Иногда проблемы с обменом веществ носят острый характер, то есть возникают и развиваются резко. Сердечный приступ, например, обычно является результатом образования тромба в одной из питающих сердце артерий. Некоторые клетки сердца перестают получать достаточное количество крови и кислорода и, как следствие, оказываются не в состоянии производить необходимое количество энергии. Если кровоснабжение быстро не восстановится, эти клетки сердца погибают. Это метаболический кризис в сердце. Инсульт – острый метаболический кризис в головном мозге. Самый масштабный подобный кризис – это сама смерть, когда клетки всего организма перестают вырабатывать энергию. К этому могут привести разные механизмы – инфаркты, инсульты, отравление, смертельный несчастный случай, рак. В конечном счете все сводится к тому, что клетки организма перестают вырабатывать достаточно энергии, и именно ее нехватка приводит к смерти.

Сердечные приступы, инсульты и смерть – все это примеры абсолютных и острых энергетических проблем, которые приводят к гибели клеток. Однако существуют и менее драматичные ситуации, когда производство энергии не останавливается полностью, но клетки получают ее в недостаточном количестве. При этом они не гибнут, а просто начинают неправильно работать. Некоторые из этих метаболических проблем могут длиться несколько минут, в то время как другие продолжаются часами. Гипогликемия, или низкий уровень сахара в крови, является хорошим примером. Чаще всего она развивается, когда человек давно не ел. В легкой форме она вызывает чувство голода, раздражительность, усталость или нарушение концентрации внимания. В более серьезной форме – может привести к головной боли или депрессии. В самом тяжелом случае могут возникнуть галлюцинации, судороги, человек впадает в кому. Если проблема прогрессирует дальше, то может привести к абсолютной метаболической недостаточности – смерти. Чаще всего до этого дело не доходит, и при первых намеках на гипогликемию люди принимают самое очевидное решение – они что-нибудь съедают. В результате уровень сахара в крови повышается, и организм возвращается к своей нормальной работе. Даже если они не поедят, в организме существует системы, которые, как правило, предотвращают развитие гипогликемии. Такие тяжелые последствия куда более реальны для больных диабетом, которые делают уколы инсулина или принимают лекарства для более эффективного снижения уровня сахара в крови. Как вы можете заметить, в вышеприведенном списке преобладают симптомы, связанные с мозгом, хотя гипогликемия развивается по всему организму.

Другие проблемы с обменом веществ – это не острые, а хронические расстройства с продолжительными симптомами, как, например, диабет. У многих людей заболевание ассоциируется с повышенным уровнем сахара в крови. Это может показаться парадоксальным, но более логично рассматривать диабет как дефицит энергии, или дефицит ее производства. При диабете клетки испытывают трудности с преобразованием глюкозы в энергию. Уровень глюкозы в крови может быть высоким, иногда очень высоким, однако она с большим трудом попадает в клетки для дальнейшего использования. Чтобы молекулы глюкозы из крови попали в клетки, необходим инсулин – гормон, вырабатываемый поджелудочной железой. У диабетиков наблюдается либо недостаток инсулина, либо инсулинорезистентность – состояние, при котором организм плохо реагирует на инсулин. Когда клеткам не хватает глюкозы, они не могут вырабатывать необходимое для их нормальной работы количество энергии, в результате чего происходит нарушение их функций.

Поскольку глюкоза является основным источником топлива для большинства клеток организма, диабет может поражать самые разные части тела. Между тем не у всех развиваются одинаковые проблемы. Симптомы диабета бывают самыми разнообразными и меняются с течением времени. Вначале проявления болезни выражаются слабо. Это могут быть слишком частое мочеиспускание или неожиданная потеря веса. Кроме того, диабет проявляется и в виде психических симптомов, таких как усталость или проблемы с концентрацией внимания. По мере прогрессирования эта болезнь может поражать различные органы и ткани. У одних людей возникают проблемы с глазами, нервами или мозгом. Другие переносят сердечные приступы или инсульты. У третьих развивается почечная недостаточность или тяжелые инфекции, которые плохо поддаются лечению.

Почему диабет проявляется по-разному? Почему не у всех диабетиков появляются одинаковые симптомы и отказывают одни и те же части тела? Ответ на этот вопрос очень сложен – и зачастую связан с обменов веществ.

На метаболизм влияет множество факторов. Он подвержен постоянным изменениям. Причем в разных клетках организма в разное время он проходит по-разному. Некоторые клетки могут функционировать нормально, в то время как другие умирают. Часть клеток постепенно выходит из строя в результате хронической нехватки энергии. Обмен веществ – это не «все или ничего». Он контролируется на разных уровнях. Отдельные факторы, влияющие на обмен веществ, оказывают широкое действие, в то время как другие специфичны для определенных частей тела. Некоторые из них влияют на какие-то конкретные органы, другие – на определенные типы клеток.

Обмен веществ подобен дорожному трафику

Человеческий организм можно сравнить с большим городом. Здесь множество дорог и магистралей и очень большой дорожный трафик. Каждый автомобиль подобен человеческой клетке. В час пик движение может быть очень интенсивным. Когда находишься в машине, этот процесс может показаться хаотичным. На многое нужно обращать внимание: светофоры, перестраивающиеся машины, водитель, разговаривающий по телефону, чью машину клонит на вашу полосу. Если же посмотреть на это движение сверху – скажем, с крыши небоскреба, то оно будет выглядеть довольно упорядоченным. Вы увидите организованные дороги, по которым слаженно движутся грузовые и легковые автомобили. Одни машины останавливаются, пока другие проезжают. Они ждут свою очередь, а затем снова трогаются с места. На некоторых дорогах автомобили едут очень медленно, а на шоссе ускоряются. Некоторые из них перестраиваются в другую полосу, и машинам рядом приходится сбавить скорость, чтобы их пропустить. Если у кого-то возникают проблемы, он съезжает на обочину. Случаются аварии, места которых приходится объезжать. Проследить движение каждой отдельной машины достаточно сложно – их слишком много, равно как и светофоров на их пути, и нужно учитывать слишком много других факторов. Если же посмотреть на общую картину, то все идет своим чередом. Город в движении. Люди добираются туда, куда им нужно. Мегаполис живет. Вы видите, как в нем течет энергия. Именно так следует рассматривать обмен веществ в человеческом организме.

Вернемся к вопросу, который я задал ранее: почему у некоторых людей с диабетом различаются симптомы? И почему, если все психические расстройства – это метаболические расстройства, не у всех людей с подобными отклонениями наблюдаются одинаковые симптомы?

Болезни и симптомы подобны дорожным пробкам. Они затрудняют движение либо вовсе его останавливают. Так, одно шоссе может соответствовать поджелудочной железе. Подъездная дорога к нему – ассоциироваться с определенной областью мозга, которая отвечает за внимание и сосредоточенность.

Что может вызывать пробку на шоссе? Мириады вещей. Автомобильные аварии, строительные работы, выбоины или неисправные светофоры. Обслуживание дорог, их взаимное расположение, поведение водителей также играют свою роль. В некоторых районах города проблемы с движением возникают чаще. Это может быть связано с плохо продуманными дорожными развязками, некачественным обслуживанием дорог, более агрессивными или невнимательными водителями. Районы города, где проблемы с движением возникают регулярно, соответствуют «симптомам» или «болезням» – местам, где движение не «работает» правильно.

Когда речь идет о человеческих болезнях и симптомах, мы говорим о частях тела или мозга, которые не работают должным образом. Обычно это является результатом проблем в одной из трех областей: развитие, функционирование или обслуживание клеток. Клетки должны правильно развиваться, чтобы удовлетворять потребности организма. Функционирование – это обеспечение условий, чтобы все части организма делали то, что должны делать, правильным образом и в нужное время. Обслуживание – это поддержание всего в хорошей форме. Прямо как с дорожным движением, для которого необходимо грамотное проектирование и строительство дорог и мостов (развитие); надлежащая работа машин и светофоров (функционирование); а также регулярное обслуживание всей системы – машины нужно чинить, дороги – ремонтировать, светофоры – проверять и т. д. (обслуживание).

Что же влияет на метаболизм? Питание, свет, сон, физические упражнения, лекарства и алкоголь, гены, гормоны, стресс, нейромедиаторы, воспаление – вот лишь некоторые из факторов. Между тем каждый из них действует на разные клетки по-разному. В зависимости от сочетания факторов, влиянию которых подвергается человек, будут затронуты разные клетки и органы, что приведет к различным симптомам и заболеваниям. Подобно тому как некоторые дороги более предрасположены к пробкам, так и некоторые клетки подвержены повышенному риску метаболических нарушений. Иногда определенные части тела функционируют нормально в периоды низких энергетических потребностей, однако начинают давать сбои, когда потребности возрастают – как это происходит в час пик на городском шоссе.

Итак, мы установили, что обмен веществ определяет саму жизнь, что он определяет работу клеток и подвержен влиянию бесчисленного количества факторов. Конечно же, психические расстройства будут как-то связаны с обменом веществ. По сути, все с ним связано! И что теперь?

В следующих главах я покажу, что метаболизм – единственный способ объединить между собой все психические заболевания. Это наименьший общий знаменатель для всех психических расстройств, всех их факторов риска и даже всех методов лечения, которые применяются в настоящее время. А еще я покажу, что, несмотря на всю сложность обмена веществ, решение метаболических проблем, как правило, возможно, причем зачастую с помощью довольно простых вмешательств. Прежде же чем я углублюсь в доказательства всего этого, мне необходимо прояснить, что вообще представляют собой психические расстройства. Этот вопрос давно мучает специалистов в области психического здоровья, и в центре его стоит один важный момент – разница между нормальными психическими состояниями (особенно стрессовыми и неблагоприятными) и психическими расстройствами.

Как я уже говорил в первой части, одна из дилемм в области психического здоровья заключается в проведении черты между нормальными человеческими эмоциями и психическими расстройствами, особенно с учетом возможного совпадения симптомов. Все мы время от времени испытываем тревогу или легкую депрессию. Переживая утрату, например неожиданную смерть супруга, мы можем на некоторое время впасть в тяжелую депрессию. Все это нормальные реакции. Они заложены в нашем мозге.

Когда же люди одновременно подвергаются воздействию большого количества факторов стресса либо эти факторы доходят до экстремума (например, когда человек становится жертвой жестокого нападения), нормальные реакции могут быстро привести к психическим заболеваниям, то есть к тревожным расстройствам, депрессии, посттравматическому стрессовому расстройству, расстройствам пищевого поведения, наркологическим расстройствам, расстройствам личности и даже психозам. Как стресс и травма приводят к таким негативным последствиям? И где проходит грань между нормальной реакцией на неблагоприятные обстоятельства и расстройством?

Дать верный ответ сложно по двум причинам: во-первых, симптомы одинаковы, и во-вторых, как нормальные психические состояния, так и психические расстройства могут привести к ухудшению здоровья. Тем не менее чрезвычайно важно определиться в этом вопросе. Психические состояния – это адаптивные реакции на неблагоприятные условия. Психические расстройства же представляют собой нарушения работы мозга. Эти различия непосредственно влияют на лечение. Помочь людям справиться с трудностями – совсем не то же, что лечить неправильно работающий мозг.

Что такое «норма»: стресс и стрессовая реакция

Факторы стресса – это психологические и социальные показатели в биопсихосоциальной модели, которые обычно считаются «психическими» причинами психических заболеваний.

Многие клиницисты и исследователи по-прежнему рассматривают биологические факторы отдельно от психологических и социальных. Например, они полагают, что галлюцинации вызваны биологическим химическим дисбалансом, но при этом признают, что человек с шизофренией может также страдать от низкой самооценки, то есть психологического фактора. Конечно, обе проблемы нуждаются в разрешении, но часто их считают несвязанными и решают по отдельности. Одна из них требует медикаментозного лечения, а другая – разговорной терапии. Я не согласен с таким дихотомическим подходом. Биологические, психологические и социальные факторы взаимосвязаны между собой и неразделимы. Биология влияет на нашу психологию и на то, как мы ладим с другими людьми. С другой стороны, наша психология и взаимодействие с другими людьми влияют на биологию. Эти связи могут затрагивать все психические и метаболические симптомы. Чтобы глубже разобраться в этом процессе, рассмотрим несколько общих наблюдений о нашем биологическом виде.

Человек приспособлен для жизни в группе. Мы ищем других людей – родителей, любовников, детей, друзей, учителей и членов общества – и привязываемся к ним. Эти связи формируют нашу сеть безопасности и поддержки. В нас заложена биологическая потребность в этих людях. Но есть нюанс: хотя мы и приспособлены к жизни с другими людьми, они же являются главными источниками психологического и социального стресса.

Люди могут испытывать стресс из-за возлагаемых на них надежд, финансовых проблем, сложностей в отношениях или своего социального статуса. Некоторые испытывают хронический стресс из-за своего социально-экономического положения, жестокого обращения, отсутствия заботы, расовой и этнической принадлежности, религиозных убеждений, физических или когнитивных способностей, гендерной идентичности, сексуальной ориентации, возраста и многого другого. Иногда своим поведением мы вызываем у других чувство незащищенности или ощущение, что с ними что-то не так. Люди могут вызывать стресс друг у друга. Причем, что любопытно, отсутствие других людей, или одиночество, также является само по себе важным фактором стресса.

Все это приводит к стрессовой реакции – сложному комплексу биологических перемен в мозге и теле, включающему изменения в четырех областях.

1. Гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая (HPA) система, в результате чего в кровь поступает кортизол.

2. Симпатоадреналомедуллярная (SAM) система, в результате чего в кровь поступает адреналин.

3. Воспаление.

4. Изменения в экспрессии генов, особенно в гиппокампе (1).

Все эти изменения, в свою очередь, влияют на обмен веществ. Они определяют реакцию человека на неблагоприятные условия и не являются расстройствами. Таким образом, создаются условия для того, чтобы «бежать или драться». Вместе с тем в большинстве повседневных стрессовых ситуаций мы не убегаем и не деремся, а просто остаемся там, где были, при этом продолжая злиться, переживать, быть разраженными, растерянными, напуганными, обиженными или опечаленными. Тем не менее в нашем организме все равно происходят вышеперечисленные ключевые изменения.

Некоторые стрессовые ситуации вызывают желание накричать на кого-то, например, на водителя, который подрезал вас в пробке, а затем без причины показал средний палец. Другие факторы стресса заставляют нас без конца гонять в голове мысли и плохо спать – например, переживания в ночь перед важным экзаменом. Бывает желание свернуться клубочком и заплакать – например, когда вас бросила любовь всей вашей жизни. Все эти ситуации связаны с реакцией на стресс. Несмотря на то что в них задействованы схожие механизмы, очевидные различия приводят к активации разных участков мозга, в результате чего возникают соответствующие реакции.

Хотя это нормально, стрессовая реакция влечет за собой метаболические последствия. Организм тратит энергию на эти изменения, а значит, для других функций ее остается меньше. Многие из этих реакций вводят нас в состояние повышенной готовности к действиям. В некоторых ситуациях человек чувствует угрозу и готовится драться или с кем-то спорить. В других случаях может чувствовать себя оскорбленным, уязвимым или бессильным и пытается спрятаться от окружающего мира. Как бы то ни было, мобилизуются все метаболические ресурсы. Сердце начинает быстрее биться, кровяное давление и уровень глюкозы повышаются. Гормоны льются рекой. Выделяются воспалительные цитокины. Организм собирает ресурсы и энергию для собственной защиты.

Люди с психологической устойчивостью и здоровым обменом веществ способны справиться с умеренным стрессом. Он может пройти за считаные секунды или минуты.

Если же в организме нарушен нормальный обмен веществ либо стресс достигает экстремального уровня, психическое равновесие может пошатнуться, в результате чего может быстро развиться новое психическое или метаболическое расстройство. У людей с уже существующими отклонениями могут усугубиться симптомы. Да, именно так: стресс способен усугубить все известные психические и метаболические расстройства. Депрессия может усилиться. У людей с алкоголизмом есть вероятность срыва. При шизофрении могут начаться галлюцинации. Люди с болезнью Альцгеймера способны впасть в возбужденное и агрессивное состояние. У больного эпилепсией возможен судорожный припадок, а у людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями – резкая боль в груди или даже инфаркт. Некоторые люди умирают – от одного только стресса. Это все доказанные факты.

Осмыслить все это попыталась отдельная область медицины – психосоматическая медицина, или медицина разума и тела. Многие специалисты в области здравоохранения заметили взаимосвязь между психологическими и социальными показателями, влияющими на здоровье организма. Подобные факторы риска называют социальными детерминантами здоровья. Они играют определенную роль в физиологии человека.

Многие социальные показатели, такие как бедность, жестокое обращение или проживание в районе с высоким уровнем преступности, могут иметь огромные последствия для здоровья и продолжительности жизни.

Некоторые из наиболее убедительных данных об этом получены в ходе исследований неблагоприятного детского опыта (ACEs), которые начались в 1995–1997 годах. Они были сосредоточены на влиянии различных неблагоприятных факторов, с которыми сталкиваются дети и подростки, на их долгосрочные показатели физического и психического здоровья. Изучались такие факторы детского стресса, как физическое и сексуальное насилие, отсутствие заботы, злоупотребление психоактивными веществами и психические заболевания в семье, домашнее насилие и развод родителей, а затем определялось, отражается ли впоследствии этот неблагоприятный ранний опыт на здоровье. Связь между неблагоприятными факторами и здоровьем подтвердил в 2017 году метаанализ 37 исследований, в которых рассматривались 23 показателя состояния более чем 250 000 человек (2). Чем большему количеству неблагоприятных факторов был подвержен ребенок, тем выше была вероятность проблем со здоровьем в будущем. Так, эти факторы увеличивали вероятность малоподвижного образа жизни, ожирения и диабета на 25–52 %. Подверженные им дети в будущем в 2–3 раза чаще курили, страдали от рака, сердечно-сосудистых и респираторных заболеваний. От 3 до 6 раз увеличивались показатели рискованного сексуального поведения, плохого психического здоровья и алкоголизма. Кроме того, такие дети в 7 раз чаще становились жертвами или источниками насилия, в 10 раз чаще – наркоманами и в 30 раз чаще пытались покончить с собой. Таким образом, неблагоприятный детский опыт явно влияет на уровень смертности. Так, одно исследование, проведенное среди 17 000 человек, в котором рассматривались конкретно данные о смертности, показало, что наличие шести или более неблагоприятных факторов в детстве отнимает у человека 20 лет жизни (3).

На основании этих исследований ученые пришли к выводу, что неблагоприятный детский опыт приводит как к физическим, так и психическим заболеваниям. Некоторые эксперты даже предположили, что детские травмы и жестокое обращение являются, вероятно, общим механизмом развития всех психических расстройств. Напомню, однако, что речь идет лишь о наличии корреляции, а не причинно-следственной связи. Более того, не у всех людей с ужасным детством развиваются психические расстройства, и у многих людей с психическими расстройствами было совершенно нормальное детство. Тем не менее, если эти неблагоприятные факторы в детстве действительно играют какую-то роль в развитии различных отклонений, то каким именно образом они на это влияют? Какие именно процессы в мозге и теле этому способствуют?

Ограниченные ресурсы

На протяжении десятилетий исследователи изучали биологическое воздействие стресса на мозг и тело в надежде выявить причинно-следственные связи между стрессовыми событиями в жизни и негативными последствиями для здоровья.

Известно, что когда организм испытывает стресс, метаболические ресурсы перенаправляются на систему «бей или беги». Как результат, на другие функции энергии остается меньше. Клетки, которые уже испытывали какие-то трудности с нормальной работой, могут начать отказывать, и все это приводит к метаболическим и психическим симптомам.

Стресс также нарушает способность организма к самообслуживанию. Каждый день наши клетки наводят порядок. Они избавляются от поврежденных компонентов, всевозможных отходов своей жизнедеятельности и неправильно собранных белков, а еще создают новые клетки, чтобы те заменили их в процессе под названием аутофагия. «Ауто» означает «себя», а «фагия» – «есть», так что этот термин буквально означает «поедать себя». Клетки разрушают эти старые компоненты с помощью специальных систем удаления отходов, которые называются лизосомами. Этот материал частично перерабатывается и используется для изготовления новых компонентов. Было установлено, что высокий уровень кортизола ингибирует аутофагию, замедляя или останавливая этот процесс (4). Проблемы с аутофагией были обнаружены при самых разных заболеваниях, включая нейродегенеративные, аутоиммунные, воспалительные, онкологические болезни, шизофрению, биполярное расстройство, аутизм, алкоголизм и глубокую депрессию (5). Известно, что нарушения аутофагии негативно сказываются на нейропластичности и обслуживании клеток мозга (6).

В дополнение к проблемам с аутофагией, когда клетки испытывают стресс, у них также замедляется процесс создания новых белков. Это происходит с целью сохранения метаболических ресурсов для защитной системы организма. Одним из механизмов, обеспечивающих замедление производства белков, является изоляция молекул матричной РНК (инструкции для новых белков) в крошечных пузырьках под названием «стресс-гранулы» (7). Было продемонстрировано, что эти гранулы связаны с нейродегенеративными заболеваниями, а повышенный уровень кортизола стимулирует их производство (8). Еще один механизм, в результате которого стресс может привести к проблемам с самообслуживанием организма, – это нарушение сна. Хорошо известно, что стресс может привести к бессоннице. Сон критически важен как для физического, так и для психического здоровья. Во время отдыха доминируют функции самообслуживания. Когда люди не высыпаются, их организм не справляется с этой работой по поддержанию здоровья. Кроме того, недостаток сна сам по себе является стрессом и может привести к повышению уровня кортизола, что еще больше усугубляет проблему.

Весь этот процесс, независимо от того, когда он возникает, приводит к преждевременному старению. Я уже упоминал, что все психические расстройства связаны с преждевременным старением, однако стресс сам по себе также может ему способствовать. В одном из исследований была предпринята попытка дать количественную оценку влиянию стресса на старение (9). В эксперименте приняли участие 58 здоровых женщин до менопаузы, у которых были дети, как здоровые, так и с хроническими болезнями. Средний возраст участниц составлял 38 лет, и у них отсутствовали известные проблемы со здоровьем.

Стресс явно играет определенную роль в здоровье человека и наносит существенный вред обмену веществ. На него расходуется энергия, которая могла бы быть использована для правильной работы и обслуживания клеток.

Когда человек испытывает потрясение в его экстремальной или хронической форме, его организм изнашивается и может начать давать сбои, которые приводят к различным физическим и психическим расстройствам либо попросту ускоряют процесс старения. Если мозг или тело уже повреждены и уязвимы, стресс может усугубить симптомы, так как эти уязвимые клетки лишаются энергии, расходуемой на стрессовую реакцию.

Различные методы борьбы со стрессом, такие как медитация или йога, могут сыграть важную роль в лечении (подробнее об этом в третьей части). Тем не менее они не являются универсальным решением. Если человек живет в неблагоприятной среде, отключение стрессовой реакции может оказаться невозможным или даже нежелательным. Солдаты, сражающиеся на войне, находятся в постоянной опасности. И хотя их служба напрямую увеличивает риск психических и метаболических расстройств, их повышенная стрессовая реакция защищает их. То же самое относится и к людям, живущим в опасных районах. Людей, которые каждый день подвергаются опасности, недостаточно просто научить делать дыхательные упражнения и медитировать. Когда они окажутся в безопасности, эти стратегии сыграют свою роль, однако к тому времени ущерб уже может быть нанесен.

Кроме того, стресс может вовсе не являться причиной психического заболевания. В этом случае методы борьбы с ним, скорее всего, окажутся бесполезными.

Новое определение психических расстройств

Как я уже говорил, у существующей классификации психических расстройств много проблем, таких как гетерогенность, коморбидность и отсутствие обоснованности. Ни один из диагнозов не является истинным и самостоятельным расстройством.

Не так давно Национальные институты здравоохранения это признали и разработали новый подход к психическим заболеваниям – исследовательские критерии доменов (Research Domain Criteria, RDoC). RDoC начинает все с чистого листа, игнорируя наши нынешние диагностические ярлыки и классификации. Вместо этого новая система фокусируется на функциональных доменах: эмоциях, когнитивных навыках, мотивации и социальном поведении. В какой-то момент сторонники RDoC призывали полностью пересмотреть существующие психиатрические диагностические критерии. Проблема в том, что осуществить это не так-то просто, в связи с чем имеющиеся диагностические критерии сохраняются, несмотря на все их известные недостатки. На данный момент RDoC работает только в сфере исследований, однако в рамках данной книги я собираюсь использовать эту модель для того, чтобы дать определение психическим заболеваниям в контексте теории энергии мозга.

Для начала следует отбросить диагностические ярлыки DSM-5 и сосредоточиться на симптомах. Это не означает, что от всех диагнозов нет никакого толка. На самом деле многие из них полезны. Наши нынешние диагностические ярлыки просто описывают некоторые из наиболее распространенных вариантов нарушения работы мозга. В конце концов мозг работает или не работает предсказуемым образом, и мы можем использовать эти общие принципы в своих интересах.

Человеческий мозг подобен машине – очень сложной, но все же машине. В нем много компонентов, предназначенных для выполнения определенных задач. Некоторые из них довольно просты – например, приводить в движение наши мышцы или воспринимать ощущения и зрительные сигналы. Другие функции мозга более сложные, сродни замысловатым компьютерным алгоритмам, которые запускаются в определенных ситуациях. Так или иначе, все эти действия мозга помогают нам выживать, адаптироваться к меняющейся окружающей среде или размножаться.

С учетом того, что человеческий мозг состоит из миллиардов, если не триллионов, клеток, а каждая клетка сама по себе является сложной машиной, мы сталкиваемся с потенциально непреодолимой проблемой: при таком количестве клеток, кажется, существует почти бесконечное число причин, по которым компоненты могут выходить из строя. Исследователи шаг за шагом пытаются разобраться, как работает эта машина. Это невероятно сложная задача – составить полную модель чего-то столь сложного, как человеческий мозг, и ожидание окончания работы, возможно, ограничило наш прогресс в изучении и лечении психических заболеваний.

Между тем не все так сложно. Оказывается, все симптомы психических заболеваний на самом деле соответствуют каким-то нормальным психическим состояниям или функциям мозга, которые были нарушены. Эти функции связаны с эмоциями, когнитивными навыками, поведением и мотивацией. Как я уже отмечал, даже некоторые самые странные симптомы психических заболеваний, такие как бред и галлюцинации, могут быть связаны с нормальными функциями мозга. Хотя мы достоверно и не знаем, как именно работают эти функции, нам точно известно, что они существуют, и для наших целей этого более чем достаточно.

Давайте начнем с простого определения: психическое заболевание – это состояние, при котором мозг работает неправильно. Нормальные функции этого органа либо чрезмерно активны, либо недостаточно активны, либо отсутствуют. Простой пример – приступ паники без видимой причины. Система паники полезна, когда мы сталкиваемся с опасностью. Она побуждает нас двигаться. Если она активируется без видимой на то причины, то начинает нам вредить. Может происходить и обратное, когда какая-то функция мозга не активируется в определенных ситуациях – это касается, например, нарушения работы памяти у людей с деменцией или проблем с социальными навыками у детей с аутизмом.

Многие люди скажут, что симптомы психических заболеваний попросту не могут соответствовать нормальным функциям мозга. Складывается впечатление, будто мозг делает какие-то уникальные и крайне необычные вещи без явной на то причины. Я же смотрю на это иначе. Подобно отдельным компонентам любого механизма, компоненты мозга либо работают, либо нет. Если они выполняют свои обычные функции, однако включаются не вовремя, это может привести к появлению странных на вид симптомов. То же самое происходит, когда нормальные функции мозга вовремя не активируются либо по ошибке одновременно выполняются две не связанные между собой функции мозга.

Простой пример: Три автомобиля

Позвольте мне использовать аналогию, чтобы объяснить, как я рассматриваю отличия людей с психическими заболеваниями от тех, кто испытывает «нормальные» стрессовые реакции, хотя и то и другое может приводить к ухудшению здоровья и даже проявляться одинаковыми симптомами. Я опишу три автомобиля. Все они одной марки и модели, поэтому теоретически у них должен быть одинаковый срок службы и состояние «здоровья». Каждый автомобиль соответствует человеку.

Автомобиль А живет в Калифорнии, где небо голубое, а дороги в отличном состоянии. Владелец ездит нечасто – может быть, два раза в неделю. Машина стоит в гараже и регулярно проходит техническое обслуживание. Автомобиль А живет хорошей жизнью!

Автомобиль Б живет в горах Нью-Гэмпшира, где зимы суровые, а дороги ухабистые. Владелец ездит на машине каждый день, и у него нет гаража для ее хранения. Когда наступает зима, на автомобиль Б надевают зимнюю резину, а иногда даже цепи противоскольжения. В метель используются фары, стеклоочистители, мигалки, снежные шины и цепи, а также система полного привода. Тормоза нажимаются часто, чтобы водитель не потерял управление. В таких ситуациях расход бензина у автомобиля Б оказывается намного выше, чем у автомобиля А, а из-за суровых зим и сложных условий на дороге его чаще приходится чинить. Таким образом, у автомобиля Б больше проблем со здоровьем, и его срок службы оказывается короче, чем у автомобиля А.

Автомобили A и Б «нормальные» – они оба делают то, что должны делать, учитывая условия окружающей среды, в которых они находятся. Ни у одного из них нет расстройства. У автомобиля Б больше проблем со здоровьем, в результате чего его жизнь оказывается короче, однако это нормально, если учесть трудности, с которыми ему приходилось сталкиваться. Используемые им механизмы адаптации, такие как зимняя резина и цепи, полный привод и частое торможение, можно сравнить со стрессовыми реакциями – депрессией, тревогой, страхом, злостью. Они помогают автомобилю Б маневрировать в тяжелых условиях и приносят исключительно пользу. Без них ему было бы намного хуже.

Теперь расскажу о третьем автомобиле. Автомобиль В живет в Индиане, где погода не такая суровая, как в Нью-Гэмпшире, а дороги в приличном состоянии. На нем ездят пять дней в неделю, иногда в хорошую погоду, иногда в плохую. Но у автомобиля В есть проблемы. Даже в солнечную погоду у него включаются дворники. Как результат, щетки дворников сильно изношены, они царапают лобовое стекло. Автомобиль В иногда включает полный привод и движется по шоссе со скоростью всего 40 километров в час, несмотря на хорошую погоду и то, что остальной поток едет под сотню. Ночью машина не включает фары, хотя они очень нужны. У автомобиля В имеются неполадки, которые можно сравнить с психическим заболеванием. У него все те же функции и адаптивные стратегии, что и у автомобилей А и Б, однако он использует некоторые из них не вовремя или не в тех обстоятельствах. В то же время он не применяет другие, которые должен использовать. В итоге автомобилю В требуется довольно частое техническое обслуживание. Еще он попадает в аварии. Расстройство машины оказывает серьезное влияние на ее здоровье и безопасность, а также на способность уживаться с другими автомобилями на дороге. Как результат, автомобиль В умирает раньше времени.

Итак… Автомобили A и Б – «нормальные», а у автомобиля В – расстройство.

Люди, подверженные неблагоприятным обстоятельствам в жизни, подобно автомобилю В, часто нуждаются в помощи, даже если их мозг работает нормально. Их биология реагирует на неблагоприятный жизненный опыт «нормальными», предсказуемыми и адаптивными способами. Чтобы помочь им, следует изменить среду их обитания или попытаться научить оптимально реагировать на неблагоприятные условия. По большей части это социальные факторы – такие как война, бедность, проблемы с продовольствием, жестокое обращение, системный расизм, гомофобия, женоненавистничество, сексуальные домогательства, антисемитизм и многое другое. Для решения этих проблем идеально было бы изменить общество таким образом, чтобы исключить саму возможность их существования. Пока эта цель не достигнута, будет полезно помогать людям справляться с подобными трудностями, насколько это возможно.

Мозг человека с психическими расстройствами работает неправильно. Он выполняет какие-то из своих функций в неподходящий момент, в неправильном объеме либо, наоборот, не делает то, что от него требуется, – как это происходит с автомобилем В в предложенном примере. Вам вовсе не обязательно знать, как именно это происходит, чтобы понять, имеется ли проблема, подобно тому, как вам нет необходимости понимать все внутреннее устройство автомобиля или принципы работы его дворников, чтобы увидеть неполадки в его работе. Наверное, вы думаете, что проблема с автомобилем В заключается не столько в самой машине, сколько в ее владельце, и вы правы. Скоро мы к этому перейдем.

Важно отметить, что длительный или сильный стресс также может привести к расстройству. В какой-то момент у автомобиля Б запросто возникнут проблемы с техническим обслуживанием, в результате которых адаптивные стратегии перестанут работать – может быть, откажут фары или износятся дворники (недостаточно активные функции). Либо же поворотники будут без конца мигать даже при движении по прямой (гиперактивная функция). Если это случится – значит, у автомобиля Б также развилось расстройство.

Человеческий пример: боль

Теперь я попытаюсь продемонстрировать вам, что все это на самом деле происходит в человеческом теле, сфокусировавшись на простом примере – боли. Поскольку боль контролируется нервными клетками и участками мозга, она служит прекрасной репрезентацией для большинства психических симптомов, которые я буду обсуждать.

Боль – нормальное, здоровое ощущение для человека, какой бы неприятной она ни была. Она спасает жизни. Она защищает нас от травм. Боль контролируется болевыми рецепторами, нервом, идущим к спинному мозгу, другим нервом, идущим к головному мозгу, а затем областями мозга, которые воспринимают и обрабатывают боль. На примере правильной и неправильной работы этих нейронов и областей мозга я попытаюсь объяснить вам суть психических расстройств.

В общем и целом расстройства болевой системы можно разделить на три категории в зависимости от того, как ведут себя клетки болевой системы, – они могут быть гиперактивными, неактивными либо и вовсе не выполнять свои функции.

1. При гиперактивной болевой системе люди испытывают более частую или сильную боль, чем положено. Клиницисты и исследователи говорят при этом о повышенной возбудимости болевой системы. Например, у людей с диабетом может развиться нейропатия, при которой нервные клетки или участки мозга, обрабатывающие болевые сигналы, включаются, когда не нужно, или вовремя не выключаются. Из-за этого боль может ощущаться даже в отсутствие болезненных воздействий. У некоторых людей это может привести к хронической и изнурительной боли.

2. Недостаточная активность может развиться, когда люди чувствуют меньше болевых сигналов, чем должны, что также может произойти у больных диабетом. Помимо повышенной возбудимости, диабетическая нейропатия может привести к снижению чувствительности, особенно в ногах. Нервы не работают должным образом, и это становится причиной недостаточной активности болевой системы. Мы знаем, что нервы все еще существуют и живы, потому что иногда люди что-то чувствуют.

3. Отсутствие болевых ощущений может развиваться при длительном и тяжелом диабете, а также при других патологиях, таких как травмы спинного мозга и инсульты. Люди в таком случае могут перестать вообще что-либо чувствовать из-за смерти или сильного повреждения нервных клеток.

Каждый из этих трех сценариев – гиперактивность, недостаточная активность и ее отсутствие – является расстройством, так как болевая система работает неправильно.

В некоторых случаях бывает трудно провести границу между нормальной болью и болевым расстройством. Примером может служить грыжа межпозвоночного диска в нижней части спины, вызывающая боль. Когда грыжа диска появляется, это не расстройство. Болевая система делает то, что должна делать. Однако если боль продолжается в течение длительного периода времени, даже после операции и приема многочисленных лекарств, в какой-то момент мы начинаем называть это состояние болевым расстройством. Почему? Нервы могут оказаться повреждены из-за давления грыжи позвоночного диска. У поврежденных нервов развивается повышенная возбудимость. Они могут начать посылать слишком интенсивные или слишком частые болевые сигналы. Момент, когда боль переходит от нормальной реакции к расстройству, трудно, если вообще возможно, определить с помощью современных диагностических тестов. В некоторых случаях совершенно непонятно, имеем ли мы дело с нормальным состоянием или с патологией.

Независимо от того, является ли боль нормальной реакцией на травму или болевым расстройством, ее лечение всегда считается целесообразным. Так, например, во время операции люди испытывают боль. Это нормально и ожидаемо. Тем не менее мы все равно лечим боль, чтобы облегчить человеку его страдания.

Различие между нормой и патологией очень важно. Врачи, которые занимаются лечением боли, должны обладать хорошими клиническими навыками. Им необходимо понимать, по каким причинам человек может испытывать боль. Если пациент приходит с болью в стопе, это может быть вызвано растяжением связок, мышечным спазмом, переломом кости или застрявшим в коже кусочком стекла. Каждая причина требует совершенно разных методов лечения. Если начать лечить просто болевое расстройство, это может принести некоторое облегчение, однако никак не поможет решить проблему. Более того, процесс может усугубиться. Если же врачу не удается обнаружить никаких очевидных причин для боли в стопе, он может диагностировать болевое расстройство. Аналогичный тщательный анализ причинно-следственных связей необходим и при обследовании людей на предмет психических расстройств. Опять-таки, помогать справляться с жизненными трудностями – совсем не то же, что лечить неправильно работающий мозг.

Вернемся к определению психического заболевания

Вот наше новое, упрощенное определение психического заболевания: психическое заболевание – это неправильная работа мозга. Теперь давайте расширим это определение: психическое заболевание – это неправильная работа мозга в течение определенного времени, вызывающая психические симптомы, которые приводят к страданиям или нарушению нормальных функций.

Хотя это довольно краткое и емкое определение, каждая его часть имеет значение, и ни одна не может быть вырвана из контекста. Это определение включает в себя четыре необходимых компонента.

1. Мозг не работает должным образом.

2. Это приводит к появлению психических симптомов.

3. Этот сбой происходит в течение определенного периода времени.

4. Симптомы причиняют страдания или мешают нормальной жизни.

Как бы просто это ни казалось на первый взгляд, все может быстро усложниться.

Первый компонент этого определения – мозг не работает должным образом – звучит незамысловато. Но на самом деле его, как и боль, трудно измерить и оценить с помощью современных технологий. У нас есть множество тестов для оценки здоровья и функции мозга, например ЭЭГ и нейровизуализирующие исследования. Тем не менее ни один из них не является достаточно чувствительным и специфичным, чтобы точно диагностировать психическое расстройство. Измерить функцию микроскопических участков мозга очень сложно. Как же тогда узнать, что мозг работает неправильно?

Это приводит нас ко второму компоненту определения – появление психических симптомов. Симптомы – лучший индикатор неправильной работы мозга. Тем не менее, как и в случае с болью, большинство симптомов психических заболеваний могут в определенных ситуациях быть совершенно нормальными, здоровыми функциями мозга. Даже галлюцинации могут в определенных обстоятельствах возникать у большинства людей. Так, каждый из нас переживает их во время сна, когда мы видим и слышим то, чего на самом деле нет. Когда же подобное происходит в неподходящей ситуации либо не происходит, когда это нужно, это уже можно считать расстройством. Все симптомы делятся на те же три основные категории, что я использовал для боли, – гиперактивность, недостаточная активность и отсутствие активности.

Третий компонент – сбой в работе происходит в течение определенного времени – подчеркивает, что продолжительность симптомов имеет значение. У каждого из нас бывают периоды неидеальной работы мозга, проявления которой мы можем отнести к симптомам. Так, у большинства из нас время от времени случаются провалы в памяти. Иногда нам кажется, что мы слышим какой-то шум, который больше никто не слышит. Иногда «встаем не с той ноги» и чувствуем себя подавленными без видимой причины. Это примеры неправильной работы мозга. Это не психические заболевания, а обычные явления, которые могут произойти из-за различных обстоятельств – плохого сна, чрезвычайно стрессовой ситуации, употребления алкоголя, наркотиков или просто неудачного дня. Обычно эти явления (также связанные с обменом веществ) носят кратковременный характер и без труда устраняются организмом. О психическом же заболевании можно говорить только при наличии постоянных проблем в работе мозга, которые приводят к реальным симптомам.

Это подводит нас к четвертому компоненту определения: симптомы причиняют страдания или мешают нормальной жизни. В течение жизни у всех нас меняются эмоции, когнитивные способности, мотивация и поведение. Мы учимся. Мы развиваемся. Мы встречаем новых людей и меняемся. Мы преодолеваем трудности, переживаем потери и неудачи. Сами по себе эти перемены не являются психическим заболеванием. Его вероятность рассматривается, только когда эти изменения приносят человеку страдания либо мешают нормальной жизни. Безусловно, эта часть нашего определения довольно замысловатая, и точно оценить уровень страданий или нарушения нормальной жизни не так-то просто. Особенно важно тут учитывать два момента.

1. Люди имеют право быть уникальными, творческими, вносить изменения в свою жизнь и идти против массовой культуры. Быть не таким, как все, – это не психическое заболевание. Тем не менее неприятие уникальности другими людьми может стать причиной страданий. Например, многие подростки проходят через фазу бунтарства. Это часто является нормальной ступенью взросления и отделения от родителей. Конечно, это не психическое заболевание. Некоторые люди садятся на диеты и часто проверяют свой вес. Они начинают больше думать о том, что им есть и как они выглядят. Но это также не расстройство пищевого поведения. В обеих ситуациях происходят изменения в эмоциях, познании, мотивации и поведении, но необычный стресс и трудности с повседневной жизнью не являются частью глобальной картины.

2. Некоторые люди с психическими расстройствами до конца не осознают свою проблему. Они не осознают, что в их симптомах есть что-то ненормальное, влияющее на их поведение и повседневную жизнь. Им трудно понять, почему другие воспринимают эти изменения как что-то необычное. Такие люди могут утверждать, что абсолютно нормальные. Тем не менее, если их симптомы серьезно мешают социальной жизни, следует рассмотреть вероятность наличия у них психического заболевания.

Обычно люди с галлюцинациями и бредом не осознают, что больны. Так, пациенты с паранойей будут утверждать, что их действительно преследуют – что это не болезнь, это реальность. Люди с расстройствами пищевого поведения иногда говорят о том, как они счастливы, что похудели и хорошо выглядят. Любые изменения в жизни – например, когда уделяется меньше времени школе или друзьям – рассматриваются ими как жертва, необходимая, чтобы похудеть и хорошо выглядеть. Они могут не обращать внимания на серьезные проблемы со здоровьем, очевидные для остальных. И те и другие, как правило, утверждают, что все изменения в эмоциях, когнитивных функциях, мотивации и поведении являются нормальными и вполне ожидаемыми для любого человека в их обстоятельствах. Зачастую они отрицают какие-либо проблемы в своей повседневной жизни. Имеем ли мы в таком случае дело с психическими расстройствами? Вне всякого сомнения. Поведенческие отклонения приносят значительный стресс и/или ухудшают жизнь (включая различные проблемы с общим здоровьем), даже если сам человек этого не замечает или отказывается признать.

Из-за этих тонкостей порой сложно, если вообще возможно, провести различие между человеком с психической болезнью и просто тем, который отличается от других и живет в жестоком, не умеющем прощать обществе. На протяжении многих лет психиатры меняли свою позицию по подобным вопросам – так, в какой-то момент они называли гомосексуальность расстройством, однако затем изменили свое мнение.

Симптомы психического заболевания

Теперь, когда мы пришли к новому определению психического заболевания и разобрали его, в качестве наглядного примера я приведу три сценария, которые могут спровоцировать появление симптомов психического заболевания. Они следуют модели, которую я описал для расстройств болевой системы, – когда какие-то функции мозга гиперактивные, недостаточно активные или вообще отсутствуют.

Гиперактивность, или повышенная возбудимость, клеток и сетей мозга была зафиксирована при многих психических расстройствах. В данном случае нас интересуют симптомы или функции мозга, которые активируются чаще или интенсивнее, чем должны, или в неподходящее время.

Симптомы страха и тревоги могут быть результатом повышенной возбудимости миндалевидного тела – одной из областей мозга, участвующих в реакции страха. Эти нейроны могут срабатывать вне очереди или не срабатывать, вызывая симптомы тревоги в неподходящее время или чрезмерную реакцию страха.

Навязчивые идеи и компульсивные побуждения могут быть результатом повышенного возбуждения клеток и сетей в областях мозга, связанных с уходом за собой и склонностью все по несколько раз проверять. Как правило, каждый из нас заботится о своем внешнем виде и что-то проверяет. ОКР развивается, когда эти системы становятся гиперактивными.

Психотические симптомы, такие как галлюцинации и бред, встречаются при многих психических и неврологических расстройствах. Они также наблюдаются у людей, которым так никогда и не диагностируют никакого психического расстройства.

Несмотря на десятилетия интенсивных исследований данного вопроса, в настоящее время неизвестно, какие именно клетки и области мозга вызывают появление психотических симптомов. Тем не менее есть несколько предположений по поводу того, что происходит в мозге.

Самое простое объяснение – это повышенная возбудимость клеток мозга, которые отвечают за обработку сигналов от наших органов чувств. Так, при повышенном возбуждении клеток и нейронных сетей, обрабатывающих звуки, люди слышат ложные звуки – у них наблюдаются слуховые галлюцинации.

Нейрохирурги могут вызвать у людей «галлюцинации», стимулируя определенные участки мозга электродом. То же самое, по сути, происходит и с клетками мозга с повышенной возбудимостью.

Проблема может заключаться не в воспринимающих звук нейронах, а в других, которые их регулируют и замедляют. Так, группа нейронов под названием «корковые интернейроны» выделяет гамма-аминомасляную кислоту, или ГАМК, нейромедиатор, который замедляет активность клеток-мишеней. Нарушения в работе этих нейронов были обнаружены при многих заболеваниях, включая шизофрению, болезнь Альцгеймера, эпилепсию и аутизм. Недостаточно эффективное торможение может привести к чрезмерной активности нейронов.

Другое возможное объяснение заключается в том, что психотические симптомы могут быть связаны с работой систем мозга, конторолирующих сон. Как я уже отмечал, каждый из нас ежедневно видит галлюцинации – во сне, когда мы видим и слышим то, чего на самом деле не существует. Мы можем поверить в дикие и безумные вещи. Многим людям снятся кошмары, в которых за ними кто-то гонится. Подобные переживания во время сна – это просто ночные кошмары, а не психические расстройства. Возможно, клетки и сети мозга, отвечающие за эти переживания во время сна, обладают повышенной возбудимостью у людей с психическими расстройствами и беспорядочно активируются в течение дня.

В случае с некоторыми бредовыми состояниями, такими как синдром Капгра, при котором люди убеждены, что кого-то из их близких подменили на двойника, нам известно, какие именно сети мозга участвуют в этом процессе (10). Эти области мозга выглядят гиперактивными и/или недостаточно активными.

Одно из важных наблюдений заключается в том, что галлюцинации не такое уж редкое явление, как многие думают. Исследователи обнаружили, что от 12 до 17 % детей в возрасте от 9 до 12 лет и 5,8 % взрослых видят галлюцинации в течение дня (11). Кроме того, 37 % взрослых видят так называемые «гипнагогические галлюцинации» во время засыпания (12). Подавляющему большинству при этом не диагностируют никаких психических расстройств.

Недостаточно активные клетки и сети мозга были зафиксированы при многих психических расстройствах. Эта концепция легко объясняет по крайней мере некоторые из наблюдаемых симптомов. Я провожу различие между недостаточно активной и неактивной функцией, так как малая активность подразумевает, что клетки все еще живы и способны работать хотя бы часть времени. Это важно, поскольку означает, что симптомы то усиливаются, то ослабевают. Вот несколько примеров.

➧ У людей с СДВГ может быть снижена активность норадреналиновых нейронов в locus coeruleus. Эти нейроны помогают сосредоточиться, планировать и не отвлекаться от текущей задачи, поэтому снижение их активности приводит к появлению симптомов СДВГ.

➧ Когнитивные проблемы, такие как ухудшение памяти, могут быть вызваны снижением функции нейронов, которые участвуют в хранении и извлечении воспоминаний. Их нормальная работа явно нарушена при болезни Альцгеймера, а также при большинстве хронических психических расстройств. Люди с хроническими психическими расстройствами часто страдают когнитивными нарушениями, даже если они не являются частью их диагностических критериев.

➧ По крайней мере один из аспектов депрессии может включать снижение активности системы мозга под названием «сеть режима по умолчанию» (13). Это приводит к замедлению или дезорганизации нормальной работы мозга.

➧ «Эмоциональная регуляция» – это термин, используемый для описания симптомов многих расстройств, включая аффективные и тревожные состояния, расстройства личности. Существуют системы мозга, которые призваны помогать нам контролировать эмоциональные реакции и регулировать настроение. У некоторых людей эти области мозга оказываются недостаточно активными, что приводит к резким перепадам настроения и вспышкам гнева.

Некоторые психические расстройства связаны с необратимыми изменениями в клетках и связях мозга. Тому есть две основные причины: проблемы с развитием и гибель клеток. Эти отклонения часто связаны с нарушениями нервно-психического развития и нейродегенеративными расстройствами соответственно. Гибель клеток может произойти в результате инсульта или черепно-мозговой травмы, которые не являются нейродегенеративными заболеваниями, однако также могут привести к психотическим симптомам.

Существует много разных расстройств, связанных с нарушением нервно-психического развития. Аутизм – один из примеров. При этом некоторые нейроны и/или связи между ними отсутствуют или как минимум не соответствуют норме.

Нейродегенеративные расстройства, такие как болезнь Альцгеймера, связаны с уменьшением размеров мозга и гибелью нейронов, которые невозможно вернуть обратно.

В обоих случаях клетки или связи, которые должны присутствовать, отсутствуют, поэтому мозг не способен выполнять эти функции. Симптомы, вызванные постоянными изменениями, наблюдаются всегда. Они не ослабевают и не исчезают. Нарушения социальных навыков при аутизме постоянны. По крайней мере некоторые когнитивные нарушения, присущие болезни Альцгеймера, также неизменны. Между тем и аутизм, и болезнь Альцгеймера связаны еще и с непостоянными психическими симптомами, которые то усиливаются, то ослабевают – такими как тревожность, психоз, перепады настроения и так далее.

Эти три сценария – гиперактивность, недостаточная активность и неактивность тех или иных функций мозга – могут объяснить все симптомы, наблюдаемые при психических расстройствах. Между тем существует еще две ситуации, о которых стоит упомянуть, потому что на первый взгляд может показаться, будто они не вписываются в эти категории: речь идет о комплексных адаптациях мозга и поведенческих расстройствах.

Мозг иногда выдает сложные реакции на ситуации, которые включают в себя множество симптомов, причем часть из них связана с активацией определенных функций мозга и отключением других. Я остановлюсь на депрессии, гипомании и травматической реакции. Они могут быть нормальным, адаптивным ответом, если возникают в подходящее время и в подходящих обстоятельствах. Эти реакции похожи на активацию симпатической и парасимпатической нервных систем, которые включают в себя сложный набор функций мозга и тела, одни из которых включаются, а другие выключаются.

Депрессия – это нормальная реакция на многие стрессы, невзгоды и утраты. Почти каждый человек хотя бы раз в жизни испытывал это состояние. Обычно оно не длится непрерывно в течение двух или более недель, и это нормальная реакция мозга. Хотя депрессия обычно включает изменения в настроении, энергии, аппетите и режиме сна, эти изменения могут сильно отличаться у разных людей. Так, у одних наблюдается чрезмерная активация системы контроля аппетита, в то время как у других ее активность падает, в результате чего они едят слишком мало. Аналогично одни начинают спать слишком много, в то время как другие недосыпают.

Пожалуй, самый эффективный и точный способ понять депрессию – это разделить ее на отдельные симптомы, часть которых связана с чрезмерной или недостаточной активностью тех или иных областей мозга.

Гипомания во многих смыслах является противоположностью депрессии – люди могут чувствовать себя прекрасно или испытывать эйфорию и прилив сил, быть более продуктивными и даже обходиться меньшим количеством сна. Такое состояние может быть совершенно нормальным, если не сопровождается другими симптомами. Согласно DSM-5, в таком случае никакого расстройства не диагностируется. Большинство людей в тот или иной момент испытывали симптомы гипомании. Как правило, это случается, когда люди влюбляются, однако может происходить, когда они радуются какому-то проекту или достижению либо когда у них происходит духовное пробуждение. Эйфория может длиться не больше нескольких дней, однако она случается, подтверждая, что эти функции заложены в мозге у каждого из нас.

Травматическая реакция также является нормальной. Ее симптомы включают флешбэки и кошмары, избегание ситуаций, напоминающих о событии, негативное влияние на настроение и мышление (похожее на депрессию), проблемы со сном, нервозность, повышенная тревожность и другие симптомы. Одна исследовательская группа изучала женщин вскоре после изнасилования и обнаружила, что 94 % из них испытывали подобные симптомы в первые недели после случившегося (14). Таким образом, все эти реакции могут быть «нормальными».

Подобные комплексные адаптации мозга становятся расстройствами, когда они чрезмерно активны. Они могут стать таковыми в неподходящее время, длиться слишком долго или приводить к чрезмерным или преувеличенным симптомам. В некоторых случаях они активируются внезапно и без видимой причины – тогда мы имеем дело с чрезмерной активацией системы из-за ее повышенной возбудимости. В других ситуациях комплексные адаптации мозга могут активироваться по какой-то конкретной причине, например из-за сильного стресса в жизни, однако не отключаются по прошествии времени. Они «застревают» во включенном состоянии, когда должны отключаться. Это похоже на повышенную возбудимость болевых рецепторов, наблюдаемую при многих болевых расстройствах. Порой они могут срабатывать без какой-либо видимой причины, однако в других случаях боль способна вызвать любая малейшая травма или просто неосторожное движение.

Некоторые расстройства рассматриваются в первую очередь как поведенческие – в частности, употребление психоактивных веществ и расстройства пищевого поведения. Они также заслуживают особого внимания. Напомним, что подобные отклонения демонстрируют сильную двунаправленную связь со всеми психическими расстройствами. Я уже отмечал, что их можно рассматривать в широком смысле как чрезмерно активные, недостаточно активные или неактивные функции мозга. В данном же случае мы имеем дело с поведением… поведением, которое люди «осознанно выбирают». Какое отношение эти «схемы» поведения имеют к нарушениям в работе мозга?

При ответе на этот вопрос можно рассматривать три точки зрения. Первая заключается в том, что прием пищи и употребление вызывающих зависимость веществ – поведение, контролируемое нашим мозгом. Существуют четкие пути в мозге, которые контролируют тягу, аппетит, мотивацию, самодисциплину, побуждения и стремление к новому. Таким образом, в некоторых случаях, при чрезмерной или недостаточной активации этих участков мозга они могут побуждать людей к подобному поведению, что приводит к проблемам. Второй вариант: у людей могут быть симптомы других психических расстройств (в результате гиперактивности или недостаточной активности тех или иных областей мозга), с которыми они пытаются справляться с помощью алкоголя, наркотиков или пищи. Такую модель еще называют гипотезой самолечения. Третий вариант заключается в том, что некоторые совершенно здоровые и «нормальные» люди просто пытаются вести себя подобным образом. Кто-то начинает употреблять наркотики или алкоголь – лишь бы не отставать от сверстников. Как расскажу далее, все эти модели поведения могут оказывать сильное влияние на обмен веществ и мозг. Зачастую они приводят к выраженным метаболическим нарушениям, которые, в свою очередь, оборачиваются чрезмерной или недостаточной активностью тех или иных функций мозга. Впоследствии это может затянуть человека в порочный круг – в данном случае мы обычно говорим о наркологическом расстройстве или расстройстве пищевого поведения.

Запутанная загадка

Одна из проблем в определении причин психических заболеваний заключается в том, что итоговые реакции, о которых я уже упоминал, например снижение активности сети режима по умолчанию, приводящее к депрессии, могут отличаться у людей с одним и тем же расстройством или даже у одного и того же человека в разное время. За исключением случаев аномалий развития или гибели клеток, симптомы меняются и ослабевают, и также могут меняться результаты неврологического осмотра. Вот почему у нас до сих пор нет единых диагностических тестов. У аномалий развития нет четкой связи с какими-то определенными расстройствами. Они могут затрагивать широкий спектр типов клеток и областей мозга у разных людей, даже если им диагностировали одно и то же расстройство.

Слишком многое приходится учитывать. Неудивительно, что загадку психических заболеваний так трудно разгадать. Что делает различные участки мозга гиперактивными или недостаточно активными, что приводит к симптомам психических заболеваний? Что заставляет симптомы то усиливаться, то ослабевать? Что именно вызывает эти аномалии развития или области сжатия и гибели клеток? Почему у разных людей это происходит по-разному? Любая теория, пытающаяся объяснить все психические расстройства, обязательно должна ответить на все эти вопросы. Я рад сообщить вам, что теория энергии мозга способна это сделать. Причем с помощью единого общего механизма.

Теперь я возвращаюсь к обсуждению обмена веществ, чтобы продолжить собирать кусочки головоломки воедино. Вспомните аналогию с дорожным движением из пятой главы, где каждая машина была подобна человеческой клетке. Я описал обмен веществ как очень сложный процесс. Он постоянно меняется и может быть разным в разных клетках в разное время. Справедливости ради надо сказать, что на самом деле это не какой-то один общий механизм. Скорее мы имеем дело с сотнями различных метаболических механизмов.

Но что же управляет обменом веществ? Как пища и кислород понимают, куда им поступать? За счет чего меняется скорость обмена веществ в разных клетках? Из-за чего одни клетки замедляются, а другие ускоряются? Что управляет этой запутанной сетью человеческого организма?

Кто-то скажет, что всем заправляет мозг. Хотя мозг и играет важную роль в обмене веществ, он не может контролировать его в различных клетках организма в нужное время. Как и в случае с городским дорожным движением, должна существовать определенная степень контроля на уровне каждого автомобиля или, в случае с человеческим телом, на уровне каждой клетки. Клетки получают сигналы от других клеток о том, что им нужно выключиться или активироваться, причем прежде всего это касается клеток, расположенных по соседству (в данном случае уместна аналогия с автомобильными стоп-сигналами). Вместе с тем некоторые сигналы рассылаются по всему организму. Они могут зарождаться в клетках мозга или печени, однако затем преодолевают большие расстояния и воздействуют на клетки всего организма. Эти процессы приводят к координации обмена веществ, подобно тому как на разных уровнях координируется движение городского транспорта.

Существует множество вещей, которые обеспечивают движение городского транспорта: различные типы дорог и шоссе, ограничения скорости на разных дорогах, знаки остановки и светофоры. Все это важно для организации дорожного движения. Тем не менее в конечном счете все сводится к водителям автомобилей. Они знают правила и соблюдают их. Они приводят машины в движение и останавливают их. Они используют сигналы поворота, высматривают, нет ли на дороге каких-то препятствий и при необходимости их объезжают. Водители довозят автомобиль в пункт назначения. И хотя они не знают, что происходит с другими машинами на других дорогах или шоссе, система прекрасно работает.

Есть ли у человеческих клеток «водители», которые приводят клетки в движение и тормозят их? Оказывается, есть. Водители человеческих клеток и человеческого обмена веществ называются митохондриями. И именно они являются тем самым единым механизмом всех психических и метаболических расстройств.

Если вам доводилось изучать биологию, вы, вероятно, помните, что митохондрии – это «электростанции клетки». Они производят энергию для клеток, превращая пищу и кислород в АТФ. Несомненно, их роль в производстве энергии очень важна, но митохондрии – это гораздо больше, чем просто электростанции. Без них жизнь в том виде, в котором мы ее знаем, была бы попросту невозможна.

В книге 2005 года «Митохондрии и смысл жизни. Энергия, секс, самоубийство» доктор Ник Лэйн подробно и убедительно рассказывает о митохондриях и их роли в эволюции человека (1). Хотя название книги может навести на мысль о какой-то беллетристике, на самом деле Лэйн представляет строгую научную историю митохондрий и их роли в здоровье человека и самой жизни.

Происхождение митохондрий

Когда-то давно первой митохондрией была бактерия. По оценкам исследователей, митохондрии произошли от самостоятельного живого организма где-то между одним и четырьмя миллиардами лет назад. В статье 1998 года, опубликованной в журнале Nature, говорится, что они имеют много общих генов с современной Rickettsia prowazekii, бактерией, вызывающей сыпной тиф (2). Миллиарды лет назад другой одноклеточный организм, архея, поглотил этого митохондриального предка, только она не умерла, как это обычно бывает, – оба организма продолжили жить. Считается, что этот новый организм стал первой эукариотической клеткой (то есть клеткой с ядром). Внутренняя бактерия сосредоточилась на производстве энергии, позволив внешнему организму заняться получением пищи. Это стало поворотным моментом в эволюции.

Таким образом, прежде чем появилось клеточное ядро, содержащее ДНК, и другие органеллы, существовала митохондрия – одна-единственная митохондрия и одна-единственная клетка-хозяин. Вместе они были полны решимости выжить. На самом деле не просто выжить, а процветать. Они участвовали в эволюционной гонке вместе со всеми остальными формами жизни – и они в ней победили!

Со временем именно это симбиотическое соглашение позволило создать многоклеточную жизнь – по сути, все живое, что мы можем увидеть сегодня своими глазами. У всех эукариот эти внутренние бактерии превратились в митохондрии. В растениях и водорослях (также эукариотах) некоторые из них превратились в то, что мы сейчас называем хлоропластами. Хотя митохондрии и хлоропласты имеют разные названия, они выглядят и функционируют одинаково, и считается, что они произошли от одной и той же бактерии миллиарды лет назад. Более того, известно, что это слияние произошло только один раз и что все растения, животные, водоросли и грибы, существующие сегодня, взяли свое начало от одного и того же организма. Для тех, кто верит в Бога, эта концепция единого события, положившего начало жизни, какой мы ее знаем, может быть обнадеживающей. Для тех, кто не верит в Бога, это было просто одно из тех необычных и маловероятных событий, которые определили эволюцию на миллиарды лет вперед. Независимо от того, во что вы верите, произошло значимое событие в истории жизни на нашей планете.

В эволюции важно быть первым. Когда у разных организмов имеются общие гены, как правило, они считаются более важными, чем гены, уникальные для конкретных видов. Уникальные гены, скорее всего, появились недавно в эволюционной хронологии, в то время как общие гены развились гораздо раньше. То, что сохраняется в течение длительного времени, намного важнее для жизни. Этому есть как минимум две причины. Первая заключается в том, что эволюция стремится избавиться от всего, что не является необходимым или не дает преимущества для выживания или размножения. Если в ходе эволюции организмы перестают нуждаться в каком-либо признаке, он перестает быть объектом отбора и в конечном счете исчезает. Вторая причина заключается в том, что новые гены и признаки должны развиваться совместно с уже существующими генами и признаками и адаптироваться к ним. Митохондрии появились в эукариотических клетках первыми. Изначально это была всего лишь одна бактерия и одна внешняя клетка. Со временем развилось ядро и другие органеллы. Как бы ни были важны эти другие органеллы, митохондрии были там первыми. Вероятно, они повлияли на развитие других частей клетки и стали незаменимыми. На самом деле без митохондрий попросту невозможна нормальная работа других элементов клетки.

Современные митохондрии

Митохондрии больше не способны воспроизводить себя вне эукариотической клетки. У человека эти органеллы перенесли бо́льшую часть своей ДНК в ядро клетки, где находится ДНК человека. Существует около 1500 митохондриальных генов, которые сейчас встроены в ДНК человека. Они отвечают за производство белков, которые необходимы для создания или обслуживания митохондрий, и эти белки являются общими для всех митохондрий в клетке. Тем не менее митохондрии не отказались от всей своей ДНК. Каждая из них по-прежнему несет в себе 37 генов. Отдельные органеллы могут использовать эту ДНК автономно – таким образом, они сохраняют некоторую степень независимости как друг от друга, так и от клетки, в которой находятся. Это крайне необычное явление в биологии, и его цели остаются предметом споров. Как бы то ни было, суть в следующем: митохондрии и человеческие клетки теперь на 100 % привязаны друг к другу. Они попросту не могут друг без друга выжить.

Митохондрии очень маленького размера. В среднем в каждой человеческой клетке их количество составляет от 300 до 400 (3). Таким образом, во всем человеческом организме насчитывается порядка 10 миллионов миллиардов митохондрий. Несмотря на свой крошечный размер, они составляют около 10 % веса нашего тела.

Одна клетка с высоким уровнем обмена веществ (например, в мозге), может содержать тысячи митохондрий, при этом они составляют более 40 % объема клетки.

Митохондрии постоянно при деле. Хотя небольшое количество АТФ может вырабатываться и без них в результате гликолиза, митохондрии производят львиную долю АТФ, особенно для клеток мозга. У взрослого человека они производят около 9 × 1020 молекул АТФ каждую секунду (4). Одна группа исследователей изучила клетки мозга с помощью специальных методов визуализации и обнаружила, что один нейрон в человеческом мозге использует около 4,7 миллиарда молекул АТФ каждую секунду (5). Это очень много АТФ!

Митохондрии двигаются. Это довольно недавнее открытие, основанное на новых методах изучения живых клеток (6). Когда рассматриваешь под микроскопом мертвую клетку, то в ней ничего не движется, так что легко понять, почему исследователи даже не догадывались о возможной подвижности митохондрий. Другие органеллы, как правило, неподвижны. Было крайне неожиданно обнаружить, что митохондрии перемещаются по живым клеткам. Ссылки на видео с движущимися митохондриями вы можете найти в статье PLOS Biology в примечаниях (7). В интернете полно и других видеозаписей. Внутри клетки существует сеть микротрубочек и нитей, которую часто называют цитоскелетом, – именно ее митохондрии и используют для своего движения. В перемещении митохондрий участвует множество механизмов, которые выходят за рамки данной книги, однако суть проста – некоторые органеллы способны перемещаться (8). Между тем не все митохондрии движутся – пока одни перемещаются, другие остаются на месте.

Зачем они двигаются? Зачастую они направляются в те места клетки, где что-то происходит и где требуется энергия. Энергия должна вырабатываться в нужном количестве, в нужном месте, в нужное время, и она проходит через невообразимо быстрый процесс переработки, в котором участвуют митохондрии. Митохондрии, которые не двигаются, остаются в местах, где постоянно что-то происходит, – либо рядом с фабриками, где производятся белки (рибосомы), либо в синапсах, где происходит много активности, что является очень важным фактом, имеющим отношение к работе мозга. Исследователи, рассматривающие клетки мозга под микроскопом, уже несколько десятилетий знают, как определить, где находятся синапсы, – они ищут митохондрии.

Митохондрии постоянно заняты переработкой. АТФ – это энергетическая валюта человеческих клеток. Когда она используется в качестве энергии, фосфатная группа удаляется, в результате чего она превращается в аденозиндифосфат, или АДФ. Этот АДФ уже не может дать много энергии, но, если к нему снова добавить фосфатную группу, он будет как новенький. Именно этим и занимаются митохондрии. Они берут АДФ и превращают его обратно в АТФ, присоединяя фосфатную группу, а затем передают его в цитоплазму клетки для использования. Они вырабатывают одну молекулу АТФ и одновременно перерабатывают одну молекулу АДФ. Если в какой-то части клетки идет активная деятельность, там непременно найдутся митохондрии. Они должны обеспечивать АТФ, но они также всасывают весь АДФ и перерабатывают его.

Помните, я говорил, что в одной клетке мозга каждую секунду используются миллиарды молекул АТФ? Так вот, если в нужном месте и в нужное время не окажется пары митохондрий (ну… может быть, и больше), которые будут доставлять АТФ и перерабатывать АДФ, вся работа может быстро встать.

Между тем движение митохондрий важно не только для того, чтобы обеспечивать необходимый уровень энергии. Оно также связано с взаимодействием митохондрий с другими органеллами и друг с другом. Эти взаимодействия играют важнейшую роль почти для всех функций клетки и даже для экспрессии генов.

Чтобы продемонстрировать роль митохондрий, мне нужно предварительно ознакомить вас с некоторыми важными принципами работы нейронов. Каждая клетка выполняет очень сложные функции, тем более когда речь идет о нейронах, однако всегда имеются определенные базовые механизмы, которые непосредственно регулируются митохондриями. Их понимание поможет мне связать обмен веществ и работу митохондрий с определенными функциями клеток мозга. В следующей главе я подробно объясню, как именно все симптомы психических заболеваний напрямую связаны с митохондриями и обменом веществ.

У нейронов есть так называемый мембранный потенциал покоя. По сути, это означает, что внутренняя часть клетки имеет отрицательный заряд по сравнению с внешней. Этот заряд чрезвычайно важен для функционирования клетки. Он создается ионными насосами, которые перекачивают натрий, калий, кальций и другие ионы внутрь или наружу клетки или между отсеками внутри клетки. Для работы всех этих насосов требуется энергия.

Клеткам нужно накачать много ионов, чтобы подготовиться к срабатыванию. Когда клетка активируется, она запускает целый каскад событий, которые помогают выполнить ей ту или иную задачу – например, выделить нейромедиатор, гормон или что-то еще. Это можно сравнить с аккуратной расстановкой костяшек домино в один ряд. Чтобы их расставить, нужно потратить немало времени и усилий, однако, чтобы их опрокинуть, достаточно лишь слегка подтолкнуть крайнюю из них. Когда все костяшки домино упадут, их нужно снова расставить, приложив еще больше усилий. Митохондрии обеспечивают львиную долю необходимой для всего этого энергии.

Чем еще занимаются митохондрии?

Уровень кальция играет важную роль в функционировании клеток. Во многих отношениях этот элемент – своеобразный переключатель. При высоком уровне кальция клетка находится во «включенном» положении. Когда его содержание падает, она «выключается». Митохондрии принимают непосредственное участие в процессе регуляции кальция. Если органеллы оказываются не в состоянии должным образом выполнять свою работу, регуляция кальция нарушается, и этот важнейший выключатель может перестать работать (9). Таким образом, митохондрии необходимы как для включения, так и для выключения клеток. Они обеспечивают энергию, необходимую для перекачки ионов, а также регулируют уровень кальция, который служит важным сигналом включения/выключения.

Как это ни парадоксально, энергия и митохондрии необходимы и для включения, и для выключения клеток. Можно сравнить выключатель с электронными тормозами автомобиля, для работы которых требуется энергия. При недостатке энергии для полного и быстрого торможения в нужный момент автомобиль может стать неуправляемым и спровоцировать серьезные нарушения дорожного движения. Эти двоякие последствия метаболической и митохондриальной дисфункции важно понимать. Одни клетки при недостатке энергии будут работать дольше, чем нужно, в то время как другие, наоборот, не смогут работать. Я еще вернусь к этому вопросу позже.

Включение и выключение клеток имеет критическое значение. Понимание этой функции поможет нам объяснить многие симптомы психических заболеваний. Между тем митохондрии делают гораздо большее. В настоящее время проводятся активные исследования роли этих органелл в здоровье человека, которая охватывает почти все области медицины.

Давайте рассмотрим некоторые другие функции митохондрий, связывающие их с психическим здоровьем.

Митохондрии оказывают широкое влияние на регулирование обмена веществ

В 2001 году впервые было сообщено, что пептид под названием «гуманин» оказывает широкое влияние на обмен веществ и здоровье (10). Ген, отвечающий за этот пептид, находится как в митохондриальной, так и в ядерной ДНК. Впервые он был обнаружен в ходе исследований болезни Альцгеймера. После его открытия были выявлены два других пептида, MOTS-c и SHLP1-6, которые включили в новый класс молекул под названием «митохондриальные пептиды». Гены для этих пептидов находятся в митохондриальной ДНК, и эти пептиды производятся митохондриями. В настоящее время они представляют большой интерес для исследователей. Было доказано, что они оказывают благоприятное воздействие на такие заболевания, как болезнь Альцгеймера, инсульты, диабет, инфаркты и некоторые виды рака, а также влияют на обмен веществ, выживание клеток и воспаление (11). Существование этих пептидов позволяет предположить, что митохондрии способны общаться друг с другом посредством пептидных сигналов, тем самым регулируя обмен веществ по всему организму.

Митохондрии помогают вырабатывать и регулировать нейромедиаторы

В психиатрии медиаторам уделяется огромное внимание. Как оказалось, митохондрии играют важнейшую роль в их производстве, выделении и общей регуляции.

Отдельные нейроны зачастую специализируются на производстве какого-то одного конкретного нейромедиатора. Одни вырабатывают серотонин. Другие производят дофамин. Для производства нейромедиаторов требуется энергия и строительные блоки. Митохондрии обеспечивают и то и другое. Они играют непосредственную роль в производстве ацетилхолина, глутамата, норадреналина, дофамина, ГАМК и серотонина (12). После производства нейромедиаторы хранятся в везикулах, или маленьких пузырьках, пока не будут готовы к использованию. Везикулы, наполненные нейромедиаторами, движутся по аксону, чтобы добраться до места их конечного высвобождения. Для этого требуется энергия. Сигнал к высвобождению нейромедиаторов зависит от потенциала покоя мембраны и уровня кальция, о которых я уже говорил ранее. Как только этот сигнал поступает, фактический выброс нейромедиаторов также требует энергии. Удивительно, но после высвобождения нейромедиаторов в одном месте митохондрии перемещаются в другое место клеточной мембраны для высвобождения новой порции нейромедиаторов (13). После этого нейромедиаторы оказывают свое действие на клетку-мишень, будь то другая нервная, мышечная или железистая клетка, а затем всасываются обратно в терминалы аксона (этот процесс называется повторным поглощением), и, как вы догадались, на это тоже требуется энергия. Далее они снова упаковываются в везикулы для следующего цикла – и снова никуда без энергии.

Обычно в синапсах митохондрии содержатся в большом количестве. Когда они не могут по какой-то причине добраться до синапсов, нейромедиаторы не высвобождаются, даже при наличии АТФ (14).

Нарушение нормальной работы митохондрий может привести к дисбалансу нейромедиаторов, а так как нейромедиаторы обеспечивают важную связь между нервными клетками, то этот дисбаланс может нарушить нормальную работу мозга.

Роль митохондрий в регуляции нейромедиаторов гораздо шире, чем просто их участие в синтезе, высвобождении и повторном поглощении. У этих органелл на самом деле имеются рецепторы для некоторых нейромедиаторов, что указывает на наличие цикла обратной связи между нейромедиаторами и митохондриями. Кроме того, они содержат некоторые ферменты, участвующие в распаде нейромедиаторов, например моноаминоксидазу. Они участвуют в регуляции высвобождения ГАМК и фактически хранят ГАМК в себе (15). Наконец, известно, что некоторые нейромедиаторы регулируют работу, производство и рост митохондрий. Очевидно, что нейромедиаторы – это не просто проводники между клетками, влияющие на наше настроение. Они являются важнейшими регуляторами обмена веществ и самих митохондрий. Я вернусь к этому позже.

Митохондрии помогают регулировать работу иммунной системы

Митохондрии также играют важную роль в работе иммунной системы (16) – сюда относится не только борьба с вирусами и бактериями, но и низкоуровневое воспаление, которое в той или иной степени наблюдается при большинстве метаболических и психических расстройств. Эти органеллы помогают регулировать взаимодействие иммунных клеток с иммунными рецепторами. Когда клетки испытывают сильный стресс, они часто высвобождают компоненты митохондрий, которые служат сигналом опасности для остального организма, активизирующим хроническое низкоуровневое воспаление (17).

В одном исследовании рассматривались особые типы иммунных клеток под называнием «макрофаги» с целью увидеть, как они координируют сложные восстановительные процессы при заживлении ран. Эти клетки выполняют различные функции на разных этапах заживления. До этого исследования не было достоверно известно, как клетки узнают, когда и как переходить от одной фазы к другой. Было обнаружено, что митохондрии особым образом контролируют эти процессы (18).

Митохондрии помогают регулировать стрессовую реакцию

Теперь нам известно, что митохондрии помогают контролировать и координировать стрессовую реакцию в человеческом организме. Сюда входят как физические, так и психические факторы стресса. К физическим факторам стресса относятся голодание, инфекция или недостаток кислорода. Психические факторы – это все, что угрожает или создает нам трудности (как это обсуждалось в предыдущей главе).

Когда клетки подвергаются физическому стрессу, они запускают процесс, называемый интегрированной реакцией на стресс. Это скоординированная попытка клетки адаптироваться к неблагоприятным обстоятельствам и выжить в них путем изменения обмена веществ, экспрессии генов и других адаптаций. Многие исследования показывают, что митохондриальный стресс сам по себе приводит к интегрированной стрессовой реакции (19). Если клетка не в состоянии справиться со стрессом, происходит одно из двух: либо она запускает процесс собственной смерти под названием «апоптоз», либо переходит в «зомбиподобное» состояние, которое ассоциируется со старением и многими проблемами со здоровьем, такими как рак.

Вплоть до недавнего времени было неизвестно, как различные аспекты реакции на психологический стресс координируются в теле и мозге. Оказывается, митохондрии играют здесь критически важную роль! Это показало одно блестящее исследование доктора Мартина Пикара и его коллег, название которого говорит само за себя: «Митохондриальные функции модулируют нейроэндокринные, метаболические, воспалительные и транскрипционные реакции на острый психологический стресс» (20). Исследователи изучали мышей и генетически манипулировали их митохондриями, чтобы увидеть, какое влияние эти манипуляции оказывают на стрессовую реакцию. Они занимались только четырьмя различными генами – двумя, расположенными в самих митохондриях, и двумя, расположенными в клеточном ядре, которые кодируют белки, используемые исключительно в митохондриях. Каждая генетическая манипуляция приводила к различным нарушениям нормальной функции митохондрий. Тем не менее даже при использовании только четырех манипуляций было обнаружено, что все факторы стрессовой реакции были затронуты, включая изменение уровня кортизола, симпатической нервной системы, уровня адреналина, воспаления, маркеров обмена веществ и экспрессии генов в гиппокампе. Исследователи пришли к выводу, что митохондрии принимают непосредственное участие в контроле всех этих стрессовых реакций и, если они не функционируют должным образом, эти стрессовые реакции изменяются.

Митохондрии участвуют в производстве, высвобождении гормонов и реагировании на них

Митохондрии являются ключевыми регуляторами гормонов. Клетки, вырабатывающие гормоны, требуют больше энергии, чем многие другие. Они синтезируют гормоны, упаковывают их и высвобождают, подобно тому, как это было описано мной для нейромедиаторов. Для этого требуется большое количество АТФ, и митохондрии обеспечивают его доставку.

Для некоторых гормонов митохондрии имеют еще большее значение – к ним относятся кортизол, эстроген и тестостерон. Ферменты, необходимые для запуска производства этих гормонов, находятся только в митохондриях. Без них эти гормоны не вырабатываются. Но это еще не все. Митохондрии в других клетках иногда имеют рецепторы для этих гормонов. Таким образом, в некоторых случаях гормоны могут начинать свой путь в митохондриях клеток одного типа и заканчивать в митохондриях клеток другого типа.

Митохондрии создают реактивные формы кислорода и помогают от них избавляться

Митохондрии сжигают топливо – углеводы, жиры или белки. При этом иногда образуются отходы. В процессе сжигания топлива электроны движутся по цепи переноса электронов. Они являются источником энергии, которая обычно используется для производства АТФ или выделения тепла. Вместе с тем иногда эти электроны просачиваются за пределы привычной системы. Когда это происходит, они образуют так называемые реактивные формы кислорода (РФК) (21). К ним относятся такие молекулы, как супероксид-анион (O₂^-), перекись водорода (H₂O₂), гидроксильный радикал (-OH) и органические пероксиды. Одно время исследователи считали, что РФК – это просто токсичные отходы. Теперь же мы знаем, что небольшое количество РФК на самом деле служит в качестве полезного сигнального процесса внутри клетки. Так, в работе, опубликованной в 2016 году в журнале Nature, было показано, что РФК являются основными регуляторами производства тепла и расхода энергии – общего показателя скорости обмена веществ (22). Вместе с тем большое количество РФК оказывает токсичное воздействие и приводит к воспалению (23). Возможно, вы слышали термин «окислительный стресс» – это он и есть! Известно, что РФК вызывают повреждение митохондрий и клеток. Они связаны со старением и многими заболеваниями. Учитывая, что РФК производятся прямо в митохондриях и обладают повышенной химической активностью, они часто первым делом повреждают митохондрии. Митохондриальная ДНК никак не защищена, поэтому известно, что большое количество РФК приводит к мутациям митохондриальной ДНК. Эти РФК могут повредить и внутренние компоненты митохондрий. При попадании за пределы митохондрий, они способны навредить всей клетке.

Кроме того, митохондрии выполняют функцию уборщиков РФК. Помимо производства РФК, митохондрии также подчищают некоторые из них с помощью сложной системы ферментов и других факторов, которые служат для детоксикации РФК (24). У клеток есть и другие антиокислительные системы, однако митохондрии играют в этом процессе не последнюю роль. Когда система детоксикации не работает, использованные продукты РФК могут накапливаться и вызывать повреждения. Это приводит к клеточной дисфункции, которая проявляется в виде старения, гибели клеток и болезней.

Митохондрии – оборотни

Митохондрии меняют форму в ответ на различные факторы окружающей среды. Иногда они длинные и тонкие. В других случаях – короткие и толстые. Бывают даже круглые органеллы. Помимо изменения формы, они постоянно взаимодействуют друг с другом: сливаются, образуя одну митохондрию, либо делятся с образованием двух новых. Эти изменения формы очень важны для функционирования клетки. В 2013 году в двух статьях, опубликованных в журнале Cell, было показано, что процесс слияния митохондрий существенно влияет на отложение жира, пищевое поведение и ожирение (25). В результате изменения формы митохондрий и их слияния формируются сигналы, воздействующие на весь организм человека. Когда митохондрии не могут выполнить эти действия, возникают проблемы с обменом веществ, причем не только в отдельных клетках, но и во всем организме.

Митохондрии играют главную роль в экспрессии генов

Ядерная ДНК – это место, где находится геном человека. Она содержится в ядре клетки. Исследователи когда-то считали, что гены контролируют все в человеческом организме. Они полагали, что ядро – это центр управления клеткой. Теперь мы знаем, что дело не всегда в самих генах, а скорее в том, что заставляет определенные гены включаться или выключаться. Эти механизмы изучает наука эпигенетика.

Давно известно, что соотношение АТФ и АДФ, уровень РФК и кальция могут влиять на экспрессию генов. Как вы теперь знаете, все эти показатели напрямую связаны с функцией митохондрий. Однако, учитывая, что эти факторы также являются маркерами общего клеточного здоровья и функционирования, никто не задумывался об этом основательно и уж тем более не предполагал, что митохондрии могут напрямую контролировать экспрессию генов в ядре.

В 2002 году обнаружили, что митохондрии необходимы для переноса важного эпигенетического фактора – ядерного белка гистона H1 (26). Этот белок помогает регулировать экспрессию генов и переносится из цитоплазмы в ядро – для этого процесса требуется АТФ. Между тем исследователи выявили, что одной только АТФ недостаточно. Без митохондрий никакого переноса не происходит.

В 2013 году было доказано, что митохондриальные РФК непосредственно инактивируют фермент под названием «гистоновая деметилаза Rph1p», который регулирует эпигенетическую экспрессию генов в клеточном ядре (27). Было установлено, что этот процесс играет роль в продлении жизни у дрожжей, и предполагается, что он может иметь определенное значение и для людей.

В 2018 году еще два исследования продемонстрировали значимую роль митохондрий в экспрессии генов. Молекулярной биолог Мария Дафне Кардамоне с коллегами доказали, что белок GPS2 высвобождается митохондриями в ответ на метаболический стресс (28). Метаболический стресс может быть вызван множеством различных причин, однако голодание является ярким примером. После того как GPS2 высвобождается митохондриями, он попадает в клеточное ядро, где регулирует ряд генов, связанных с биогенезом митохондрий и метаболическим стрессом.

Другая группа исследователей под руководством доктора Кюнг Хва Кима обнаружила еще один митохондриальный белок, MOTS-c, который кодируется митохондриальной ДНК и играет определенную роль в экспрессии генов (29). Это было очень неожиданное открытие. Примерно 20 лет назад все считали, что митохондриальная ДНК служит лишь для производства АТФ. MOTS-c также вырабатывается в ответ на метаболический стресс. После того как MOTS-c вырабатывается в митохондриях, он попадает в ядро и связывается с ядерной ДНК. Это приводит к регуляции широкого спектра генов, связанных с реакцией на стресс, обменом веществ и антиокислительными эффектами.

Наконец, что самое впечатляющее, доктор Мартин Пикар с коллегами, проводя эксперименты с мутировавшими митохондриями в клетках, обнаружили, что по мере увеличения количества дисфункциональных митохондрий возникало все больше эпигенетических проблем и изменений (30). Этому влиянию были подвержены почти все гены, экспрессируемые в клетках. В конечном счете, в ситуациях, когда почти все митохондрии были нефункциональны, клетки погибали. Это исследование доказало, что митохондрии участвуют не только в экспрессии генов, связанных с энергообменом, но, возможно, в экспрессии всех остальных генов.

Митохондрии могут размножаться

При благоприятных обстоятельствах клетки производят больше митохондрий – этот процесс называется митохондриальным биогенезом. Некоторые клетки в итоге обзаводятся большим количеством митохондрий, следовательно, могут производить больше энергии и работать эффективнее. Широко распространено мнение, что чем больше в клетке здоровых митохондрий, тем она здоровее. Известно, что с возрастом количество митохондрий уменьшается, равно как и при многих заболеваниях. У спортсменов-чемпионов в клетках митохондрий больше всего, и их органеллы выглядят более здоровыми.

Митохондрии участвуют в процессе роста и дифференциации клеток

Рост и дифференциация клеток – это сложный процесс, в ходе которого обычная стволовая клетка превращается в специализированную клетку. Дифференциация означает, что клетки становятся непохожими друг на друга и принимают на себя узкоспециализированные роли. Одни становятся клетками сердца. Другие – клетками мозга. Внутри мозга разные клетки выполняют разные роли и меняются на протяжении всей жизни. У одних формируются новые синапсы. Другие избавляются от ненужных частей. Третьи растут и увеличиваются в размерах, когда в этом возникает потребность. Эта способность клеток мозга меняться называется нейропластичностью.

Процесс роста и дифференциации включает в себя активацию определенных генов в нужных клетках в нужное время. В него входит множество сигнальных путей и производство строительных блоков для новых клеток и их частей.

Давно известно, что митохондрии необходимы для роста и дифференциации клеток. Большинство исследователей полагали, что дело просто в их энергетической функции, поскольку для этих процессов необходима энергия. Между тем последние исследования убедительно свидетельствуют о гораздо более активной роли митохондрий. Обеспечиваемая ими регуляция уровня кальция и других сигнальных путей также имеет важное значение (31). Судя по всему, в результате слияния органелл друг с другом генерируются сигналы, которые активируют определенные гены в ядре. Когда митохондрии не могут сливаться друг с другом, клетки развиваются неправильно (32). Другие исследования показали, что рост и созревание митохондрий необходимы для правильной дифференциации клеток (33). Было доказано, что митохондрии играют непосредственную и очень важную роль в развитии клеток мозга (34). Суть в том, что клетки не развиваются нормально, если эти органеллы не выполняют должным образом свои функции.

Митохондрии помогают обслуживать существующие клетки

В предыдущей главе я рассказал об аутофагии и обслуживании клеток. Оказывается, митохондрии тоже принимают непосредственное участие в этом процессе. Они генерируют многие сигналы, такие как РФК и иные метаболические факторы, которые играют ключевую роль в аутофагии. Они также взаимодействуют с другими частями клетки, такими как лизосомы, которые также участвуют в этом процессе. Для обслуживания клеток необходима энергия и строительные блоки, и митохондрии предоставляют и то и другое.

Митохондрии находятся в сложном цикле обратной связи с аутофагией, поскольку дисфункциональные органеллы могут быть удалены и заменены здоровыми в процессе, известном как митофагия. Таким образом, митохондрии сами получают пользу от аутофагии, одновременно играя свою роль в ее стимулировании для всей клетки (35).

Митохондрии устраняют старые и поврежденные клетки

Клетки умирают каждый день. Существует два хорошо известных типа клеточной смерти – некроз и апоптоз. Некроз происходит, когда клетка погибает внезапно, например, когда клетки сердца умирают во время сердечного приступа. Некроз – это плохо. Апоптоз происходит, когда клетки стареют или повреждаются. Это запланированный процесс, который часто называют запрограммированной клеточной смертью: сигнал к смерти исходит от самой клетки. В целом апоптоз считается чрезвычайно полезным для здоровья и выживания человека. Он позволяет заменять старые клетки новыми, уничтожать поврежденные клетки, которые иначе могли бы переродиться в раковые.

Раньше считалось, что гены в ядре контролируют апоптоз. Теперь же мы знаем, что на самом деле этим занимаются митохондрии. Когда органеллы испытывают высокий уровень стресса и накапливают большое количество РФК, они начинают разрушаться, в результате чего высвобождается белок под названием цитохром c, который затем активирует так называемые «ферменты-убийцы» – каспазы. Эти ферменты разрушают все в клетке, пока она не умрет. Многие ее компоненты подлежат повторному использованию.

Аутофагия и апоптоз в некоторой степени похожи между собой, но это разные процессы. Аутофагия обычно связана с восстановлением и заменой отдельных компонентов клетки, но сама клетка при этом, как правило, остается живой. Апоптоз – это гибель всей клетки. Тем не менее и аутофагия, и апоптоз необходимы для здоровья и долголетия, и митохондрии играют определенную роль в обоих процессах.

На самом деле существуют и другие типы клеточной смерти, однако они выходят за рамки данной книги. Тем не менее в одном из обзоров было показано, что все они связаны с работой митохондрий (37).

Подведем итог

Изменения даются с трудом. Модели, практики и концептуальные основы трудно изменить. Но что, если наши представления об управлении клетками были ошибочными?

Если вернуться к автомобильной аналогии, я предположил, что каждая клетка подобна автомобилю в перегруженной системе дорожного движения большого города. Заглянув внутрь машины, мы увидим там множество водителей – все митохондрии. Возможно, на этом уровне будет проще изменить метафору и представить внутреннюю часть каждой клетки как фабрику. Фабрики получают материалы, такие как глюкоза, аминокислоты и кислород, и выполняют определенные функции. Одни производят нейромедиаторы. Другие производят гормоны. Некоторые из них являются мышечными клетками и приводят тело в движение. Митохондрии – это рабочие внутри этих фабрик (сравнение митохондрий с рабочими использовал в своей книге и Ник Лэйн) (38). У них много разных ролей и задач. Некоторые помогают в производстве и высвобождении гормонов или нейромедиаторов. Другие служат в качестве уборщиков, помогая избавляться от РФК и прочего мусора. Третьи помогают обмениваться информацией с клеточным ядром, посылая сигналы для включения или выключения определенных генов. Они регулируют уровни кальция, РФК и другие важные клеточные сигналы. Органеллы трудятся сообща и взаимодействуют друг с другом – сливаются, перемещаются по клеткам и обмениваются информацией с митохондриями в других клетках посредством гормонов, таких как кортизол, и других механизмов, таких как митохондриальные пептиды. Ну и конечно, они обеспечивают бо́льшую часть энергии – АТФ – для работы фабрики. Когда рабочие не справляются, это сказывается на остальных работниках клетки и влияет на рабочих соседних «фабрик».

За последние 20 лет было получено много новых неожиданных данных о роли митохондрий в клетке. Почти никто не предполагала, что они способны контролировать регуляцию генов в ядре – как на ежедневной основе, так и во время роста и дифференциации клеток. Не менее неожиданным оказалось и их взаимодействие с другими органеллами, такими как эндоплазматический ретикулум и лизосомы, а также участие в их регуляции. До этого, как правило, считалось, что единственная функция митохондрий – это выработка АТФ. Их даже называли «крошечными батарейками» клетки. Многие исследователи до сих пор воспринимают их подобным образом.

На протяжении веков исследователи пытались понять, как работают клетки. До недавнего времени их внимание было сосредоточено на всех крупных компонентах клетки, а до крошечных митохондрий почти никому не было дела. Многие до сих пор убеждены, что ядро, содержащее геном человека, является центром управления клеткой. Другие считают, что все дело в наружной клеточной мембране и различных рецепторах на ее поверхности – клетка выполняет те или иные функции под воздействием определенных нейромедиаторов или гормонов. Что, если в обоих вариантах есть доля правды, но на самом деле всем заправляют митохондрии – рабочие клеточной фабрики? Учитывая все роли, которые митохондрии выполняют в столь разных аспектах клеточной работы, возможно ли, что именно в них кроется истинный ответ на вопрос о том, как устроены клетки? Что, если все различные клеточные органеллы – это просто огромные механизмы или складские помещения, которые митохондрии используют для выполнения различных задач в клетке? Возможно, ядро – это просто крупный центр хранения ДНК, чертежей клетки, которые используются митохондриями? Может быть, другие органеллы – это машины по производству белков (рибосомы) или утилизации отходов (лизосомы), которые используются митохондриями для различных целей? В конце концов, митохондрии – это единственные органеллы, которые перемещаются по клетке, взаимодействуют друг с другом и со всеми другими клеточными структурами. Митохондрии появились в клетке первыми. Они стали первой клеточной органеллой, а до этого были самостоятельным живым организмом.

На всякий случай хочу уточнить, что я не утверждаю, будто у митохондрий есть мозг и они принимают самостоятельные решения по всем этим функциям. Напротив, я предполагаю, что они похожи на маленьких роботов-рабочих, делающих то, на что их запрограммировали. Они – давние и верные слуги человеческих клеток. Вместе с тем, как это часто бывает со слугами и рабочими, которых недостаточно ценят, они, возможно, заслуживают немного большего уважения и признания за свой тяжелый труд.

Нравится вам эта аналогия или нет, даже если вы хотите продолжать считать митохондрии не более чем крошечными батарейками, одно совершенно ясно и неоспоримо – когда митохондрии не действуют, встает и работа человеческого мозга, а то и всего тела.

В предыдущей главе я рассмотрел митохондрии во всей их красе. Их работа влияет на каждую клетку человеческого тела. Их участие во всех аспектах функционирования клеток, нейромедиаторов, гормонов, воспалительных процессов, деятельности иммунной системы, регуляции экспрессии генов, развития, поддержания и здоровья клеток приводит к широкомасштабному воздействию на все тело и мозг. Митохондрии – движущая сила клеток, обмена веществ, да и всего человеческого тела.

Между тем вопрос остается открытым: есть ли у нас доказательства того, что метаболические проблемы связаны с психическими расстройствами? И каким образом? Да! Уже более века существует множество доказательств связи между проблемами с обменом веществ и психическими расстройствами.

Прямые доказательства наличия нарушений метаболизма у людей с психическими расстройствами, даже у тех, кто еще не страдает ожирением, диабетом или сердечно-сосудистыми заболеваниями, появились по крайней мере в 1950-х годах. Среди отклонений, обнаруженных в маркерах обмена веществ, различия в уровнях АТФ, маркеров окисления и восстановления (баланс между окислителями, такими как РФК, и антиоксидантами), гормонов, нейромедиаторов и лактата (маркер метаболического стресса). В 1980-х годах было обнаружено, что введение лактата в вену человеку с паническим расстройством часто вызывает немедленный приступ паники (1). Как я уже говорил, нарушение регуляции кортизола также играет определенную роль, по крайней мере у некоторых людей, а это метаболический гормон.

Нейровизуализирующие исследования предоставили огромное количество доказательств метаболических различий в мозге людей с психическими расстройствами. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) и спектроскопия в ближней инфракрасной области (БИК) позволяют измерить локализованные изменения мозгового кровотока, связанные с нейронной активностью, что является косвенным маркером обмена веществ и активности мозга. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), визуализация зависимости уровня кислорода в крови (BOLD) и однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) – все они измеряют некоторые показатели обмена веществ: уровень глюкозы, кислорода или радиоактивного вещества, которое исследователи вводят человеку в вену. Все эти визуализирующие исследования так или иначе позволяют оценить, как проходит обмен веществ в мозге, потому что метаболизм является маркером активности мозга.

Когда нейроны активны, они потребляют больше энергии. Когда они находятся в состоянии покоя, ее расходуется меньше.

Эти исследования предоставили нам множество данных, демонстрирующих отличия в мозге людей с психическими расстройствами от здорового мозга. В одних областях этого органа у них наблюдается повышенная активность, в то время как в других – наоборот, недостаточная. Недавно ученые обратились к так называемым исследованиям функциональной связности областей мозга, в которых изучается взаимодействие двух или более его областей, в попытке определить, какие из них взаимодействуют между собой для выполнения тех или иных задач. К сожалению, результаты этих исследований неизменно были противоречивыми и неоднородными. Американская психиатрическая ассоциация опубликовала в 2018 году «Ресурсный документ по нейровизуализации», в котором говорилось: «В настоящее время не существует биомаркеров визуализации мозга, которые были бы клинически полезны для какой-либо диагностической категории в психиатрии» (2).

Тем не менее исследователи, использующие эти методы нейровизуализации, уже несколько десятилетий знают об отличиях в обмене веществ в мозге у людей с психическими расстройствами. На первый взгляд они могут подумать, что теория энергии мозга не предлагает ничего нового. «Очевидно, что психические расстройства связаны с обменом веществ! Мы знали это все время! Обмен веществ – это самое главное в биологии. Что здесь нового?»

Я рассчитываю, что вы в итоге поймете: нового здесь много. Причем не просто нового, а революционного. Запутавшись в непреодолимой сложности обмена веществ и особенностей работы мозга, в попытке понять, что делает одни области мозга гиперактивными, а другие – недостаточно активными, эти исследователи не смогли увидеть общую картину метаболизма. Самое же главное, они не смогли понять, насколько важную роль во всем этом играют митохондрии. Сделав шаг назад и окинув взглядом общую картину (даже если эта картина разворачивается на микроскопическом уровне), мы можем найти новые способы разобраться, что происходит с обменом веществ и психическим здоровьем, и увидеть новые пути решения проблем.

Митохондриальная дисфункция и психическое здоровье

Есть ли у нас доказательства того, что у людей с психическими расстройствами митохондрии не работают должным образом?

Да! Доказательств теперь у нас полно.

За последние несколько десятилетий стало ясно, что митохондрии играют гораздо большую роль в здоровье человека, чем считалось ранее. Когда они не функционируют должным образом, нарушается нормальная работа всего человеческого организма. Митохондриальная дисфункция – это термин, используемый для описания нарушения функции митохондрий. Болезни и расстройства, которые удалось связать с подобным отклонением, широко распространены, и в этот список входят почти все психические расстройства. Он также включает метаболические и неврологические расстройства, которые я уже обсуждал – ожирение, диабет, сердечно-сосудистые заболевания, болезнь Альцгеймера и эпилепсию. На самом деле в него входят также многие виды рака и болезнь Паркинсона. Я не смогу подробно рассказать обо всех этих расстройствах, однако модель, которую я описываю в книге, применима и к ним.

Конкретные психические расстройства, при которых была выявлена митохондриальная дисфункция, – это шизофрения, шизоаффективное расстройство, биполярное расстройство, большое депрессивное расстройство, аутизм, тревожные, обсессивно-компульсивные расстройства, посттравматическое стрессовое расстройство, синдром дефицита внимания / гиперактивности, нервная анорексия, алкоголизм, расстройство, связанное с употреблением марихуаны или опиатов, а также пограничное расстройство личности. Деменция и делирий, которые часто рассматриваются как неврологические заболевания, также включены в этот список.

Не входят в перечень все психиатрические диагнозы DSM-5, однако это вовсе не обязательно связано с тем, что митохондриальная дисфункция не сопровождает другие расстройства: просто соответствующих исследований пока не проводилось. Тем не менее это достаточно обширный список, чтобы утверждать, что митохондриальная дисфункция была обнаружена при широком спектре диагнозов, которые включают практически все симптомы, встречающиеся в психиатрии.

Если все эти доказательства существуют уже давно, почему никто до сих пор не предположил, что митохондриальная дисфункция является общим путем к метаболическим или психическим расстройствам?

Что ж… на самом деле уже предполагали, и не раз! Большинству людей, читающих эту книгу, информация покажется новой, однако это не первая работа, в которой говорится о важной роли митохондрий для здоровья человека.

Доктор Раймонд Перл в 1928 году опубликовал книгу о теории скорости жизни. Ученый утверждал, что продолжительность жизни и возрастные болезни, к которым относится большинство метаболических заболеваний, обусловлены скоростью обмена веществ. В 1954 году доктор Денхам Харман представил свободнорадикальную теорию старения, в которой РФК были названы основной причиной возрастных заболеваний. В 1972 году он предложил митохондриальную теорию старения, которая признала центральную роль митохондрий в производстве РФК. В последние годы наблюдается бурный рост исследований митохондрий и их связи с ожирением, диабетом, сердечно-сосудистыми заболеваниями и самим старением. В медицинской литературе опубликованы десятки тысяч научных статей на эту тему.

В литературе по психиатрии можно найти множество работ авторитетных ученых, подчеркивающих роль митохондрий в развитии психических расстройств. Поиск по медицинской литературе в 2021 году выявил более 400 статей, связанных с шизофренией и биполярным расстройством, более 3000 – с депрессией, более 4000 – с болезнью Альцгеймера и более 11 000 – с употреблением алкоголя. Некоторые из этих новаторских исследований были мне особенно близки, так как их проводили мои уважаемые и всемирно известные коллеги – профессора Брюс Коэн и Дост Онгюр из больницы Маклин и Гарвардской медицинской школы, где я проработал более 25 лет.

В 2017 году доктор Дуглас Уоллес, основатель митохондриальной генетики, опубликовал статью в JAMA Psychiatry, одном из ведущих психиатрических журналов, в которой (подобно мне в этой книге) сделал смелое заявление о том, что все психические расстройства являются следствием нарушения нормальной функции митохондрий (3). Будучи генетиком, Уоллес сосредоточился на митохондриальных генах. Они часто мутируют из-за РФК и отсутствия защиты митохондриальной ДНК. Уоллес утверждал, что мозг – это орган, который больше всего страдает от проблем с выработкой энергии митохондриями. Он заявил, что определенные области мозга отказывают первыми – вероятно, потому, что они более чувствительны к недостатку энергии, чем другие. Это звучит логично, если учесть, что у большинства машин имеется «слабое звено». С мозгом, скорее всего, аналогично. Так, небольшой энергетический голод может привести, например, к СДВГ или депрессии, а более серьезный – к другим расстройствам, например к шизофрении.

Опровержения не заставили себя долго ждать. Доктор Тамас Козич и его коллеги утверждали, что, хотя людям нравятся и доступные объяснения, психические расстройства так просто объяснить невозможно (4). Они признали, что «неоптимальная митохондриальная функция» действительно играет определенную роль в большинстве психических расстройств. Тем не менее они подчеркнули, что невозможно объяснить все разнообразие симптомов, которые мы наблюдаем у миллиардов людей с психическими расстройствами, сосредоточившись исключительно на производстве энергии митохондриями. Более того, она не может объяснить даже разнообразие симптомов у людей с редкими генетическими митохондриальными заболеваниями. Даже у пациентов с одинаковой митохондриальной генетической мутацией могут наблюдаться разные симптомы. Они утверждали, что психические расстройства достаточно сложны и слишком сильно отличаются у разных людей, чтобы их можно было объяснить одним-единственным фактором.

Эти исследователи не учли, что митохондрии выполняют в клетках множество других функций, помимо производства энергии. Они также не поняли, как много различных факторов влияют на работу и здоровье этих органелл. Когда они не в состоянии должным образом выполнять свои функции, работа мозга тоже встает. Когда обмен веществ в мозге должным образом не контролируется, он не в состоянии работать как надо. Наблюдаемые симптомы при этом могут быть самыми разнообразными, однако митохондриальная дисфункция является необходимым и достаточным фактором, объясняющим все без исключения симптомы психических заболеваний.

Определение первопричины

Как я уже говорил в предыдущей главе, митохондрии выполняют множество различных функций. Дать четкое определение дисфункции очень сложно, и это было серьезной проблемой для ученых. В разных исследованиях она может означать совершенно разные вещи.

То же самое можно сказать и об автомобилях. Если у какого-то автомобиля наблюдается «дисфункция», то что именно это означает? Это может значить, что его двигатель глохнет прямо на ходу. Или что у него просто спустило колесо и это затрудняет движение по дороге. Или же, что у машины неисправны фары и поворотники. Все это разные проблемы, возникающие по разным причинам. Но вот важный момент: независимо от того, что не так с автомобилем, если он едет по шоссе с любой из этих проблем, это повлияет на другие машины на дороге. С большей вероятностью это приведет к замедлению движения, его остановке или аварии. Шоссе может «перестать работать» из-за одного-единственного автомобиля. В действительности подавляющее большинство аварий происходит не из-за самих автомобилей, а из-за их водителей, которые тоже могут быть подвержены «дисфункции». Они могут разговаривать по мобильному телефону или уснуть за рулем, быть пьяными или под кайфом. У них может быть слишком агрессивный стиль вождения. Какой бы ни была изначальная причина дисфункции, будь то у автомобиля или водителя, эти своенравные машины и водители одинаково влияют на дорожное движение.

С митохондриальной дисфункцией та же самая история. У нее может быть множество разных причин, и она может привести к различным проблемам для митохондрий и клеток, в которых они находятся (5). Измерить функцию митохондрий сложно. Помните, какие они крошечные? В одной клетке их обычно сотни, а иногда и тысячи, а клетки сами по себе довольно крошечные.

Митохондриальная дисфункция может быть следствием проблем с самими органеллами. К таковым относятся генетические мутации или нехватка митохондрий в клетке. Как я уже упоминал, у них есть своя ДНК. Она не защищена так, как защищен геном человека; поэтому подвержена мутациям. Митохондрии производят РФК, и, если их становится слишком много, они могут повредить митохондриальную ДНК или другие компоненты митохондрий. Это приводит к неисправным органеллам, которые подлежат переработке и замене на новые. Если этого не происходит, клетка может столкнуться с дефицитом рабочей силы.

Достоверно известно, что с возрастом количество митохондрий в клетках уменьшается, что влечет снижение метаболических возможностей клеток.

Когда количество рабочей силы уменьшается, будь то из-за старения или неправильной работы митохондрий, общая производительность падает. При дальнейшем уменьшении количества митохондрий клетка, как правило, умирает. Это приводит к сокращению объема органов и тканей. По мере отмирания клеток органы слабеют и становятся более уязвимыми к стрессу. Мозг уменьшается. Люди теряют мышечную массу. Сердце слабеет. Это явление также наблюдается у пациентов с хроническими психическими расстройствами. Как я уже упоминал, у пациентов со всеми психическими расстройствами были обнаружены признаки ускоренного старения организма.

Более важной причиной нарушения нормальной работы митохондрий я назову митохондриальную дисрегуляцию. Многие из факторов, влияющих на функцию митохондрий, поступают в клетку извне. К таковым относятся нейромедиаторы, гормоны, пептиды, воспалительные сигналы и даже такие вещества, как алкоголь. Да-да! Алкоголь оказывает влияние на функцию митохондрий. Я называю это дисрегуляцией, а не дисфункцией, потому что в некоторых случаях митохондрии работали просто прекрасно, однако окружающая их среда становилась слишком враждебной, тем самым вызывая проблемы.

Чрезвычайно важно определить, на каких именно функциях митохондрий следует сосредоточить внимание, однако исследования не дают однозначного ответа. Одни из них проводятся на митохондриях в живых клетках (in vivo), в то время как другие – на выделенных органеллах в пробирках (in vitro) (6).

Многие исследователи сосредоточились на производстве АТФ. Они могут измерить количество АТФ по отношению к АДФ в цитоплазме клетки и сделать предположения о том, насколько хорошо функционируют митохондрии. Суть подобного исследования простая: АТФ обеспечивает клетку энергией для работы. При пониженном уровне АТФ клетка уже не может эффективно выполнять свои функции. Кроме того, соотношение АТФ и АДФ также является важным сигналом внутри клеток. Оно влияет на многочисленные аспекты работы клетки, включая экспрессию генов. Снижение уровня АТФ было обнаружено при целом ряде заболеваний, включая шизофрению, биполярное расстройство, большое аффективное расстройство, алкоголизм, посттравматическое стрессовое расстройство, аутизм, ОКР, болезнь Альцгеймера, эпилепсию, сердечно-сосудистые заболевания, диабет второго типа и ожирение. Хотя у большинства людей ожирение и ассоциируется с переизбытком энергии в организме, многим клеткам организма у людей с лишним весом на самом деле не хватает АТФ из-за митохондриальной дисфункции (7).

Другие исследователи основательно изучали окислительный стресс. Как вы помните, этим термином описывается эффект от накопления РФК. Напомню, что митохондрии образуют РФК, однако они также способствуют избавлению от них с помощью антиоксидантов. Когда митохондрии не справляются со своими обязанностями, РФК накапливаются и могут причинить вред всей клетке, однако чаще всего страдают сами митохондрии, что приводит к порочному кругу обратной связи. Многочисленные исследования выявили повышенный уровень окислительного стресса практически при всех метаболических, неврологических и психических расстройствах, которые затрагивались в данной книге. Было показано, что чрезмерный окислительный стресс связан с повреждением клеток и ускоренным старением.

На сегодняшний день в изучении роли митохондрий в здоровье и болезни есть три основных недостатка.

1. Упор делается только на какую-то одну функцию. Большинство исследований сосредоточено только на одной функции или аспекте митохондрий, без учета всего их многообразия. Некоторые действия митохондрий могут быть нормальными, а другие – ненормальными. Кроме того, одни функции могут оказывать влияние на другие. Так, в исследованиях, которые рассматривают производство митохондриями АТФ, эта функция часто позиционируется как основная, если не единственная. Таким образом, любые неблагоприятные последствия в изучаемых клетках объясняются нарушением выработки АТФ. На самом же деле у митохондрий, которые вырабатывают недостаточно АТФ, могут также быть проблемы со слиянием друг с другом, чрезмерным выделением РФК или с регуляцией уровня кальция внутри клетки. Эти действия могут стать более значимыми предпосылками проблем, наблюдаемых учеными у клеток, даже если эти функции не были никак ими измерены. В некоторых случаях при нормальном производстве АТФ и нарушении других функций, исследователи могут сделать вывод, что митохондрии функционируют нормально, хотя на самом деле это не так.

2. Различия между клетками. На митохондрии влияют многочисленные факторы, как внутри, так и снаружи клетки. Количество и здоровье органелл может сильно отличаться в зависимости от конкретных клеток организма. Так, у некоторых клеток митохондрии могут быть полностью здоровыми и в изобилии, в то время как в других их может недоставать, либо они могут быть дефектными. Исследователям необходимо изучить конкретные клетки, чтобы понять, играют ли митохондрии в этих клетках какую-то роль в развитии болезней. Изучение здоровой иммунной клетки может не дать никакой информации о том, что происходит в неправильно функционирующей клетке мозга.

3. Влияние петель обратной связи. Вопрос о том, что появляется первым – курица или яйцо, – сбил с пути многих исследователей. Вызывает ли митохондриальная дисфункция болезнь? Или же болезнь приводит к дисфункции митохондрий? Может, митохондрии являются просто невинными свидетелями и жертвами какого-то другого разрушительного процесса?

Когда пытаешься разобраться в причинах и следствиях, быстро можно запутаться. У митохондриальной дисфункции может быть много причин. Равно как и последствий. Вскоре я к этому перейду. Смущает между тем то, что не только причины могут приводить к последствиям, но и последствия могут приводить к причинам. В подобных случаях мы имеем дело с так называемой петлей обратной связи. В случае с обменом веществ и митохондриями почти ни одна из функций не обходится без петли обратной связи.

Один из примеров – исследования болезни Альцгеймера. Известно, что в мозге страдающих этим заболеванием происходит накопление белков под названием бета-амилоиды. Эти белки стали главным предметом исследований болезни Альцгеймера. Мы знаем, что чем больше бета-амилоидов в мозге, тем выше вероятность развития болезни Альцгеймера. Вместе с тем нам также известно, что эти белки оказывают на митохондрии токсическое воздействие, вызывая их дисфункцию (8). Многие исследователи на этом остановились. Они решили, будто у них достаточно данных в пользу того, что митохондрии – лишь невинные свидетели разрушительного воздействия этих белков. Из-за чего же именно происходит накопление бета-амилоидов в мозге? Этого они не знают. Причина остается предметом поисков. Только вот ученые упустили из виду, что митохондриальная дисфункция вполне может быть причиной накопления этих бета-амилоидов. У нас имеются доказательства того, что она зарождается еще до того, как начинают накапливаться бета-амилоиды (9). Возможно, мы имеем дело с петлей положительной обратной связи. Митохондриальная дисфункция мешает нормальному обслуживанию клеток, что приводит к накоплению бета-амилоидов (белков, которые должны утилизироваться и перерабатываться). Накопление бета-амилоидов еще больше усиливает митохондриальную дисфункцию. В конечном счете эта петля обратной связи приводит к тому, что мы называем болезнью Альцгеймера.

К счастью, за последние 20 лет исследования существенно расширили рамки функции митохондрий.

Митохондриальная дисфункция или дисрегуляция связывают воедино все, что мы уже знаем о психических и метаболических расстройствах. Митохондрии – тот самый общий механизм их развития. Пожалуй, более подходящим научным названием для этой теории было бы следующее: метаболическая и митохондриальная теория психических заболеваний, поскольку она включает в себя бесчисленные задачи митохондрий и влияние этих органелл на все факторы, оказывающие воздействие на обмен веществ (мы еще вернемся к этому в третьей части данной книги). Тем не менее, поскольку энергетическая дисрегуляция действительно объясняет большинство симптомов психических заболеваний, мне больше подходит короткое и броское название «теория энергии мозга».

Как нарушение работы митохондрий приводит к психическим заболеваниям

Сейчас я покажу вам, как нарушение работы митохондрий может привести ко всем изменениям в мозге и симптомам, которые мы наблюдаем при психических расстройствах. Митохондрии влияют на развитие мозга, экспрессию различных генов, образование и разрушение синапсов и активность мозга. Они воздействуют как на структурные, так и на функциональные проблемы. Органеллы связывают вместе многое из того, что мы уже знаем, и объединяют это в общий механизм. Давайте пройдемся по некоторым научным данным.

Напомню, что для понимания большей части существующих данных нейронаук о психических расстройствах мне необходимо объяснить, почему одни участки мозга могут быть сверхактивными, а другие – малоактивными, что приводит к появлению симптомов. Я также ищу причины ненормального развития клеток и ответ на вопрос, почему некоторые из них в конечном счете сжимаются и умирают, приводя к потере тех или иных функций мозга. Эти конкретные механизмы действия помогут нам понять симптомы психических заболеваний. Они попадают под модель, описанную мной в шестой главе.

Возможно, вы также помните, как в пятой главе я говорил, что болезни, как правило, вызывают проблемы в одной из трех областей: развитие, функционирование или обслуживание клеток.

Как оказалось, митохондрии играют свою роль во всех трех.

Далее я ознакомлю вас с пятью широкими последствиями митохондриальной дисфункции и дисрегуляции, которые могут быть со всем этим связаны: неэффективное обслуживание клеток, гиперактивные функции мозга, малоактивные функции мозга, проблемы развития, а также сжатие и гибель клеток.

Одна из уникальных особенностей живых клеток, в отличие от неживых машин, заключается в том, что для их обслуживания требуется энергия и метаболические ресурсы. Компоненты клетки необходимо постоянно ремонтировать и заменять на новые. Все это требует энергии и метаболических строительных блоков. Согласно одному исследованию, около трети вырабатываемой в мозге АТФ идет на обслуживание клеток или на «хозяйственные» нужды (10). Я уже описывал роль стресса, кортизола и самих митохондрий в процессе аутофагии, который имеет важнейшее значение для поддержания здоровья клеток. Что ж, как обычно, на этом история не заканчивается.

Для облегчения повседневных функций по обслуживанию клеток митохондрии активно взаимодействуют с другими органеллами. Например, с лизосомами. Когда в экспериментах ученые препятствуют этим взаимодействиям, в лизосомах накапливаются продукты жизнедеятельности (11). Они также взаимодействуют с эндоплазматическим ретикулумом (ЭР), который выполняет множество функций, включая сворачивание белков. Многие нейродегенеративные заболевания связаны с неправильным сворачиванием белков в ЭР. Когда эти неправильные белки накапливаются, клетка пытается минимизировать ущерб с помощью процесса под названием «реакция развернутого белка» (UPR). Одна группа исследователей обнаружила, что на внешней мембране митохондрий расположен микропротеин PIGBOS, который играет ключевую роль в UPR. При удалении этого белка клетки погибали с гораздо большей вероятностью (12), что наводит на мысль о ключевой роли митохондрий в этом процессе. Это лишь некоторые из механизмов, в результате которых митохондриальная дисфункция может привести к проблемам с обслуживанием клеток, которые, в свою очередь, становятся причинами структурных и функциональных отклонений, наблюдаемых у людей с психическими расстройствами.

В некоторых случаях структурные дефекты в клетках могут привести к возникновению цикла положительной обратной связи, который влияет на обмен веществ и затрудняет работу клеток. Одним из конкретных примеров является миелин, который представляет собой внешнее защитное покрытие нейронов, созданное вспомогательными клетками под названием олигодендроциты. Миелин облегчает передачу электрических сигналов между нейронами. При наличии дефектов в миелиновой изоляции нейрону требуется больше энергии для выполнения своих функций. Яркий пример этого процесса – рассеянный склероз, при котором миелин разрушается в результате аутоиммунного процесса. Митохондриальная дисфункция связана с проблемами в производстве и поддержании миелина. Как и предполагает теория энергии мозга, дефекты миелинового покрытия были обнаружены в мозге у людей с шизофренией, большим депрессивным расстройством, биполярным расстройством, алкоголизмом, эпилепсией, болезнью Альцгеймера, диабетом и даже ожирением (13).

Наличие мусора в клетке – еще одна структурная проблема, которая может помешать нормальному перемещению митохондрий. Так, болезнь Альцгеймера связана с накоплением не только вышеупомянутых бета-амилоидов, но и так называемого тау-белка. Исследователи, изучавшие влияние тау-белка на митохондрии, обнаружили, что он сильно ограничивает способность митохондрий перемещаться по клетке (14). Их пути становятся непроходимыми из-за мусора, а тау-белок нарушает работу цитоскелета, который используется митохондриями для движения. Когда митохондрии не могут перемещаться по клетке, ей трудно эффективно выполнять свои функции и она может сжаться и/или умереть.

Помните наше обсуждение гиперактивности или повышенной возбудимости из шестой главы? Митохондриальная дисфункция или дисрегуляция может вызвать и это! Иногда, когда митохондрии не работают должным образом, отдельные участки мозга могут стать не слабоактивными, а гиперактивными – несмотря на то, что им может не хватать АТФ. И это, пожалуй, самая парадоксальная вещь в митохондриальной дисфункции.

В реальном мире повышенная возбудимость клеток встречается довольно часто. Существует множество медицинских состояний, которые являются ее следствием. Яркий и экстремальный пример для клеток мозга – припадки. Сердечная аритмия может быть вызвана повышенным возбуждением клеток сердца. Мышечный спазм – результат повышенной возбудимости мышечных клеток. Хроническая боль – следствие повышенной возбудимости нервных клеток. Все это примеры несвоевременного срабатывания клеток или их неспособности вовремя отключиться.

Митохондриальная дисфункция способна привести к чрезмерной активности и повышенной возбудимости. Это может произойти по меньшей мере тремя способами.

1. Как я уже говорил, митохондрии участвуют в накачке ионов и регуляции кальция, которые необходимы для «выключения» клеток. Если митохондрии не работают так, как надо, на эти процессы может уходить больше времени, что становится причиной повышенной возбудимости клеток.

2. Иногда чрезмерная активность или повышенная возбудимость может быть вызвана нарушениями в работе клеток, которые должны тормозить другие клетки, например ГАМК-клетки. Если ГАМК-клетки работают неправильно, то клетки, которые они должны тормозить, срываются с цепи и могут стать гипервозбудимыми. Как вы помните из шестой главы, интернейроны коры головного мозга являются одним из таких примеров и их дисфункция была обнаружена при многих психических и неврологических расстройствах.

3. Я уже говорил, как сбои в обслуживании могут изменить структуру клеток, например проблемы с миелином или бета-амилоидами, вызывающие повышенную возбудимость; недостаток миелина может позволить ионам просачиваться в клетку, провоцируя ее возбуждение в неподходящий момент времени.

Одна исследовательская группа продемонстрировала, что митохондриальная дисфункция вызывает повышенную возбудимость, удалив у мышей белок сиртуин-3, который, как известно, необходим для здоровья митохондрий. Как и следовало ожидать, у мышей развилась митохондриальная дисфункция, повышенная возбудимость и судороги, и они умерли преждевременной смертью (15). Другая исследовательская группа превратила стволовые клетки людей с биполярным расстройством и здоровых людей из контрольной группы в нейроны и обнаружила, что у нейронов страдающих биполярным расстройством имеются митохондриальные аномалии и они отличаются повышенной возбудимостью (16). Любопытно, что препараты лития помогли эту возбудимость снизить.

Повышенная возбудимость нейронов была обнаружена при многих психических и метаболических расстройствах. Она вызывает судороги и может быть измерена в мозге людей с эпилепсией. Такого же рода отклонение было обнаружено в мозге людей с делирием, посттравматическим стрессовым расстройством, шизофренией, биполярным расстройством, аутизмом, обсессивно-компульсивным расстройством и болезнью Альцгеймера. Повышенная возбудимость нейронов была измерена даже у здоровых грызунов, подверженных хроническому стрессу (17). Ее степень бывает трудно измерить, но нам этого и не надо. Люди, как правило, чувствуют ее, потому что в их организме или мозге происходит что-то, чего быть не должно. Повышенная возбудимость болевой клетки вызывает боль. Подобное состояние контуров тревоги в мозге влечет тревогу. Повышенная возбудимость любой области мозга, которая отвечает за эмоции, восприятие, когнитивные функции или поведение, приводит к обострению соответствующей функции.

Дисфункция или дисрегуляция митохондрий может замедлить или снизить функции клеток. Для их работы необходима энергия. Митохондрии обеспечивают ее. Кроме того, они выполняют для клеток роль выключателя, контролируют уровень кальция и другие сигналы. Клетки мозга нуждаются в энергии для выработки и высвобождения нейромедиаторов и гормонов, а также для правильной работы. Снижение функции клеток само по себе объясняет многие изменения уровня нейромедиаторов и гормонов, наблюдаемые у людей с психическими расстройствами. Кроме того, митохондрии принимают непосредственное участие в выработке кортизола, эстрогена и тестостерона, поэтому при их дисфункции или дисрегуляции уровень этих гормонов также может быть нарушен.

Начиная с утробы матери и до начала взрослой жизни, мозг человека быстро растет и формирует связи между нейронами и другими клетками мозга. Эти связи очень важны, они закладывают основу, или «прошивку», для дальнейшей жизни. Существуют так называемые окна развития – периоды, когда в мозге должны происходить определенные процессы. Если они не происходят должным образом, это окно может закрыться, и у мозга больше никогда не будет возможности стать «нормальным». Митохондрии играют критически важную роль для выполнения всех этих задач. Как я уже говорил, они доминируют в процессе роста клеток, дифференциации и формировании синапсов. При дисфункции или дисрегуляции митохондрий мозг не развивается как надо. Это особенно важно при расстройствах неврологического развития, которые начинаются в младенчестве или детстве, таких как аутизм. Даже в конце жизни наш мозг меняется предсказуемым образом. Рост и дифференциация клеток, а также нейропластичность, или изменение и адаптация нейронов, важны на протяжении всей жизни. Когда митохондрии не работают должным образом, со всеми этими функциями могут возникнуть проблемы. Отсутствие клеток или связей между ними приводит к постоянному нарушению деятельности мозга. При этом симптомы носят перманентный характер, они не колеблются со временем, потому что клетки и связи, необходимые для выполнения этих функций, попросту отсутствуют.

Митохондриальная дисфункция может привести к уменьшению размеров клеток, или их атрофии. Если этих органелл становится меньше либо их здоровье ухудшается, клетка испытывает сильный стресс. Как вы помните, митохондрии распределены по всей клетке. Некоторые из них постоянно перемещаются по ней в поисках задач, которые нужно выполнить. Когда митохондрий становится меньше, они уже не могут так же эффективно поддерживать работу всей клетки. В некоторых случаях они больше не добираются до удаленных частей клетки, таких как терминалы аксонов или дендритов, и эти части клетки погибают. Возникает воспаление. Микроглия, иммунные клетки мозга, приступают к работе и поглощают некоторые мертвые части клетки (18). По мере того как все больше и больше митохондрий становятся неполноценными, все больше и больше компонентов клетки подвергаются атрофии. Если этот процесс не остановить, клетка в конечном счете погибает.

Хорошо известно, что в мозге людей с хроническими психическими расстройствами со временем появляются признаки клеточной атрофии. Напомним, что они подвержены преждевременному старению. У разных людей поражаются различные области мозга. Некоторые из них, например гиппокамп, поражаются чаще, но даже у людей с одним и тем же диагнозом, например шизофренией, могут наблюдаться многочисленные различия в пораженных областях мозга (19). Это возвращает нас к понятию гетерогенности, или неоднородности. Митохондриальная дисфункция и дисрегуляция объясняют эту неоднородность. Учитывая, что многочисленные факторы влияют на функцию митохондрий (о чем я расскажу чуть ниже, в третьей части), они также влияют на различные области мозга. Таким образом, в зависимости от сочетания факторов риска мозг людей будет поражаться по-разному. Как я уже упоминал, время и уровень развития также имеют значение. У людей, заболевших в 14, мозг будет сильно отличаться от тех, кто заболел после 40.

Давайте подведем итог всему вышесказанному, используя нашу аналогию с автомобилями. У автомобиля много компонентов – топливный бак, топливо (бензин), двигатель, аккумулятор для получения электрической энергии, система рулевого управления, тормозная система для остановки. Проблемы возникают в разных частях, и в результате появляются разные симптомы. В некоторых случаях автомобиль может глохнуть или двигаться медленнее (неактивная функция), если в бензобак попала вода или испортилась свеча зажигания. Если аккумулятор начинает выходить из строя, могут тускнеть фары, замедляться работа стеклоочистителей, не работать радио, либо автомобиль и вовсе не заведется (это все примеры неактивных функций). Это очень разные симптомы, но все они связаны с энергией – и обычно у них только одна причина. Теперь давайте представим, что машина – это живая клетка. Теперь ей требуется энергия для работы и поддержания жизнедеятельности. Если ее недостаточно, шины начнут сдуваться, колеса – шататься, на дверях появятся ржавчина и дыры (проблемы с обслуживанием). Двигатель и аккумулятор стареют. Кислота из аккумулятора начинает растекаться по двигателю (РФК). Масло уже давно никто не менял, и детали двигателя выходят из строя. Такое отсутствие техобслуживания еще больше ухудшает работу двигателя (цикл положительной обратной связи). В какой-то момент автомобиль начинает представлять опасность для других машин и дорожного движения в целом. Тормоза отказывают (повышенная возбудимость из-за неправильной работы выключателя). В конце концов это может привести к аварии, из-за которой шоссе придется перекрыть. Машину могут эвакуировать на свалку для утилизации (апоптоз). Если кто-то попытается снова сесть за руль, автомобиль будет и дальше представлять опасность для других участников дорожного движения (метаболические и психические расстройства).

Теория энергии мозга на практике

Теперь давайте посмотрим теорию энергии мозга в действии. Я расскажу вам о некоторых доказательствах, сосредоточенных на трех различных психических расстройствах, и о том, как наблюдаемые симптомы могут быть вызваны с точки зрения митохондрий и обмена веществ.

По результатам многочисленных исследований, нам достоверно известно, что у людей с хронической депрессией наблюдается митохондриальная дисфункция (20). Так, например, наблюдения показали, что у людей с депрессией уровень АТФ снижается не только в клетках мозга, но и в мышечных и циркулирующих иммунных клетках. Снижение выработки АТФ было обнаружено и в животных моделях депрессии. В результате вскрытия тканей мозга людей с хронической депрессией были выявлены специфические отклонения в митохондриальных белках, что явно указывает на митохондриальную дисфункцию (21). Кроме того, как я уже упоминал, у страдающих депрессией наблюдается повышенный уровень окислительного стресса.

Еще один тип доказательств связан с биомаркерами депрессии в крови. Многочисленные исследователи брали образцы крови у тысяч людей с депрессией в поисках отклонений или различий по сравнению со здоровыми людьми. Было выявлено множество биомаркеров. В попытке разобраться в этих различиях и понять, есть ли между ними что-то общее, был проведен метаанализ 46 таких исследований. В результате установили, что все эти биомаркеры связаны главным образом с обменом аминокислот и липидов – и те и другие, как известно, связаны с работой митохондрий (22).

Одним из конкретных биомаркеров, представляющих большой интерес, является ацетил-L-карнитин (ALC). Эта молекула вырабатывается в митохондриях и играет важную роль в производстве энергии. Она имеет решающее значение для работы гиппокампа – области мозга, связанной с депрессией. Одна группа исследователей изучила уровень ALC у людей с депрессией и без, и обнаружила, что у пациентов с депрессией он в среднем был ниже (23). Более того, низкий уровень ALC оказался надежным предвестником тяжести депрессии, хронического течения болезни и неэффективного лечения. Последующее исследование 460 пациентов с депрессией показало, что уровень ALC повышается при эффективном лечении антидепрессантами и что этот уровень может помочь предсказать полную ремиссию (24). Ученые заключили, что «для более эффективного лечения большого депрессивного расстройства следует изучить новые стратегии, направленные на митохондрии».

Возможно, самое прямое и потрясающее доказательство роли митохондрий в депрессии получено в ходе эксперимента, проведенного на крысах (25). Исследователи выделили крыс с высоким уровнем тревожности и поведением, типичным для депрессии, а затем изучили у них определенную область мозга под названием «прилежащее ядро», чтобы понять, имеются ли у них какие-либо различия в работе митохондрий или клеточном развитии. Различия были успешно найдены. У крыс с тревожностью и депрессией было меньше митохондрий на клетку, они иначе использовали кислород для превращения энергии в АТФ и по-другому взаимодействовали с эндоплазматическим ретикулумом (ЭР), другой клеточной органеллой. Сами нейроны также выглядели по-другому. Продолжив изучение, исследователи обнаружили, что в митохондриях этих крыс наблюдается более низкий уровень митофузина-2 (MFN2), белка на мембранах митохондрий, принимающего непосредственное участие в процессе слияния органелл между собой и с ЭР. А вот и самое потрясающее. После того как ученые ввели крысам с тревогой/депрессией вирусный вектор, который значительно повысил уровень MFN2, все сразу поменялось. Митохондрии вернулись к нормальной работе, нейроны вернулись к нормальному виду, а от тревоги и депрессии не осталось и следа. Это убедительно свидетельствует о причинной роли митохондрий в депрессии и тревоге… по крайней мере, у крыс.

Некоторые из симптомов депрессии попадают в категорию недостаточно активных функций или неэффективного обмена веществ. Проблемы со сном, энергией, мотивацией и концентрацией, вероятно, связаны со снижением функции клеток мозга. Эта усталость почти наверняка распространяется на мышцы всего тела, особенно если учесть, что там тоже была обнаружена митохондриальная дисфункция. В некоторых случаях люди описывают «свинцовый паралич» – ситуацию, когда им кажется, будто их руки и ноги сделаны из свинца и ими трудно даже пошевелить. Это может объясняться митохондриальной дисфункцией в мышцах. При недостатке энергии человеку трудно ими управлять.

Кататония является крайним вариантом метаболической недостаточности – люди могут казаться парализованными из-за болезни и испытывать серьезные трудности с передвижением и речью.

Прямые доказательства метаболических нарушений при биполярном расстройстве (и шизофрении) были получены в 1956 году, когда ученые отметили нарушения в метаболизме лактата у пациентов (26). Существует множество исследований, документирующих митохондриальную дисфункцию при биполярном расстройстве, результаты которых схожи с тем, что было обнаружено у пациентов с депрессией. Однако возникает важный вопрос: чем депрессия отличается от мании? Любой, кто видел людей в этих двух состояниях, знает, что разница огромная.

В 2018 году была опубликована обзорная статья «Модель митохондриальной основы биполярного расстройства», в которой предполагалось, что депрессивные состояния являются энергодефицитными, а маниакальные связаны с повышенной выработкой энергии в мозге (27). Ученые привели несколько исследований, показывающих, что маниакальные состояния связаны с повышенной утилизацией глюкозы и лактата в мозге, что свидетельствует об избыточной выработке энергии митохондриями. Кроме того, было обнаружено, что в маниакальных состояниях увеличивается уровень двух нейромедиаторов – глутамата и дофамина, что указывает на повышенную активность этих нейронов. Таким образом, маниакальные состояния, похоже, являются одной из немногих уникальных ситуаций, когда митохондрии, по крайней мере в некоторых клетках мозга, производят больше энергии, чем обычно. Хотя это и удивительно, в данном случае мы также имеем дело с митохондриальной дисфункцией или дисрегуляцией. Митохондрии должны замедлять свою работу в определенное время, например ночью, чтобы человек мог выспаться. Различным клеткам мозга необходимо в определенные моменты отключаться, подобно тому как останавливаются машины на светофоре. В маниакальном состоянии митохондрии слишком активно вырабатывают энергию, в результате чего клетки продолжают «ехать на красный свет». Они не уступают дорогу, не замедляются, когда это нужно. Многие области мозга при этом выглядят гиперактивными.

Этой модели есть еще несколько подтверждений (28). Так, было установлено, что у пациентов с биполярным расстройством наблюдается повышенный уровень кальция, особенно в маниакальном состоянии, что идеально вписывается в представленный мной ранее механизм повышенной возбудимости. Более того, исследователи подтвердили изменения степени возбудимости нейронов у пациентов с биполярным расстройством. Если вы когда-либо видели человека с депрессией или манией, то для вас это должно быть абсолютно логично. У людей с манией явно слишком много энергии. У людей с депрессией ее явно недостаточно. Удивительно, что это было обнаружено на клеточном уровне. У пациентов с биполярным расстройством, после того как маниакальный эпизод проходит, митохондриальная дисфункция сохраняется, просто она приводит к недостаточной выработке энергии. Одна группа исследователей недавно выявила митохондриальный биомаркер в клетках крови, показывающий значительное снижение количества митохондрий как в маниакальном, так и в депрессивном состоянии, который нормализуется, когда к людям возвращается хорошее самочувствие (29). Следовательно, во время болезни биогенез митохондрий или митофагия по какой-то причине могут нарушаться по всему организму, а не только в мозге.

Во время маниакальных эпизодов одной из самых больших опасностей, связанных с избытком энергии, является ее воздействие на клетки с повышенной возбудимостью. Это клетки с поврежденными митохондриями, недостаточным их количеством или структурными повреждениями в результате неэффективного обслуживания. Кратковременного прилива энергии во время маниакальной фазы недостаточно, чтобы исправить давние проблемы, связанные с митохондриальной дисфункцией. Клетка не успевает восстановиться, однако этой энергии хватает, чтобы привести к таким серьезным проблемам, как психотические симптомы, тревожность и возбуждение. Проще всего это объяснить с помощью нашей автомобильной аналогии. Если автомобиль находится в плохом состоянии, со спущенными и неправильно расположенными шинами из-за плохого технического обслуживания, то увеличивать подачу бензина – не самое лучшее решение.

ПТСР можно рассматривать как проявление повышенной возбудимости системы, отвечающей за реакцию на травму. Эта система в норме призвана генерировать нормальный ответ на события, ставящие жизнь организма под угрозу, однако при ПТСР она активируется, когда не нужно, либо не выключается, когда нужно. У некоторых, судя по всему, у этой системы заниженный порог срабатывания. Так, у многих людей, переживших травму, имеются четко определенные «триггеры», которые вызывают симптомы. Это могут быть определенные места, запахи, слова или даже мысли.

Как правило, при этом затрагиваются две области мозга – миндалевидное тело и медиальная префронтальная кора (МПФК). Миндалевидное тело запускает реакцию страха, и было обнаружено, что при ПТСР она находится в перевозбужденном состоянии. МПФК – это область мозга, которая отвечает за торможение миндалевидного тела. Таким образом, она может остановить паническую реакцию, как только человек осознает, что паниковать не нужно. Было установлено, что у людей с ПТСР эта область мозга недостаточно активна, в результате чего у человека возникают трудности с прекращением панической реакции. Имеется ряд данных в пользу наличия митохондриальной дисфункции у пациентов с ПТСР. Посмертные исследования выявили нарушения в экспрессии митохондриальных генов, уменьшение общего количества митохондрий, повышение уровня окислительного стресса и снижение уровня АТФ (30).

Объединяющий пример

Но могут ли все психические расстройства быть действительно связаны с обменом веществ и митохондриальной дисфункцией? Некоторым, возможно, все еще трудно принять эту новую модель психических расстройств, так как объединение всех расстройств в рамках обмена веществ и митохондриальной дисфункции может показаться большой натяжкой.

Чтобы решить эту проблему, нам следует рассмотреть ситуации, в которых известно, что функция митохондрий нарушается внезапно, и увидеть, как появляются практически все психиатрические симптомы. Как выяснилось, есть наглядный пример, который можно использовать в этом тесте в качестве доказательства, – это делирий.

Делирий – серьезное состояние, определяемое как острое психическое нарушение. Слово «острое» означает, что оно развивается быстро. При этом психическое нарушение в данном случае может проявляться в виде любого психиатрического симптома – спутанности сознания, дезориентации, рассеянности, фиксации на определенных темах, галлюцинаций, бреда, перепадов настроения, тревоги, возбуждения, замкнутости, резких изменений режима сна и изменений личности.

Во время делирия могут проявляться любые симптомы любых психических расстройств, в том числе изменения пищевого поведения и восприятия образа собственного тела, имитирующие расстройство пищевого поведения.

Итак, что же вызывает делирий? Стандартный ответ на данный момент: никто достоверно не знает точного механизма, однако известно, что подобное психическое растройство может произойти у тяжело больных людей. Почти все медицинские заболевания могут вызывать делирий. К ним относятся инфекции, рак, аутоиммунные заболевания, инфаркты и инсульты. Чем серьезнее заболевание, тем больше вероятность того, что оно вызовет делирий. Люди, поступающие в отделения интенсивной терапии, гораздо чаще страдают делирием, причем в зависимости от исследования он диагностируется у 35–80 % тяжелобольных пациентов (31).

У начинающих принимать новые лекарства также могут возникнуть реакции, способные вызвать делирий. Отказ от медикоментозных препаратов или веществ, даже токсичных, таких как большие дозы алкоголя, тоже может вызвать делирий. У алкогольного делирия есть даже собственное название – delirium tremens, в простонародье белая горячка, очень серьезное и даже опасное для жизни состояние. Пожилые люди в особенности подвержены делирию. Еще выше риск у людей с деменцией, например болезнью Альцгеймера. По сути, у этого психического расстройства бесчисленное множество причин. Как вы вскоре узнаете, все они так или иначе влияют на функцию митохондрий.

Как диагностируется делирий? Когда начинаются симптомы делирия, порой причина очевидна. В некоторых случаях первые проявления можно рассматривать как нормальную реакцию на медицинское состояние. Многие люди, перенесшие сердечный приступ, испытывают тревогу. Трудно представить, как не тревожиться в ситуации, когда твоя жизнь под угрозой. Врачи часто назначают пациентам психиатрические препараты, такие как бензодиазепины, чтобы уменьшить их тревогу. На этой ранней стадии они обычно не диагностируют делирий или психическое расстройство, хотя и рекомендуют психиатрические препараты. Тревога часто рассматривается как нормальная, понятная реакция. Тем не менее, если проявления тревоги являются началом делирия, симптомы обычно становятся более выраженными. Могут развиться панические атаки и сильная тревога, влекущие спутанность сознания, дезориентацию и галлюцинации. Подобное часто встречается у слабых пожилых людей с сердечными приступами. Хотя эти симптомы и могут быть идентичны симптомам деменции или шизофрении, врачи не ставят эти диагнозы. Вместо этого они диагностируют делирий.

Как же они отличают между собой эти состояния? Большинство медицинских работников понимают, что в условиях стресса, вызванного сердечным приступом, мозг просто начинает неправильно работать. Они готовы списать на сердечный приступ любые новые психиатрические симптомы. Это может быть все что угодно: навязчивые идеи, компульсии, спутанность сознания, депрессия, ажитация, бред. Да что угодно!

Как правило, все симптомы какого-либо психического расстройства не проявляются сразу. Их может быть всего несколько. У одних появляются отдельные симптомы ОКР. Другие будут казаться более подавленными и замкнутыми. Третьи выглядят маниакальными и возбужденными. Любая комбинация симптомов не имеет значения. Все они вызваны делирием.

Иногда расстройство может развиваться постепенно. Одна из самых распространенных причин делирия у пожилых людей – инфекция мочевыводящих путей, или ИМП. Распознать и диагностировать его в данном случае бывает не так просто. Зачастую эти страдающие заболеванием даже не знают, что у них ИМП. Первые признаки проблемы демонстрирует мозг, а не мочевой пузырь. У пожилых людей, которые за несколько недель до этого были в полном порядке, может внезапно развиться спутанность сознания и проблемы с памятью. Члены семьи или медицинские работники в таких случаях часто начинают подозревать начало болезни Альцгеймера. В конце концов, симптомы точно такие же. Пациенты часто путаются. Они могут заблудиться на машине, забывают имена близких. Если обратиться к специалисту, то медицинское обследование может выявить проблему – ИМП. Лечение ИМП может устранить все симптомы. Хотя причиной была инфекция в мочевом пузыре, симптомы исходили от мозга. Почему? Потому что мозг – самый чувствительный орган к энергетической недостаточности, или митохондриальной дисфункции. Он самое слабое звено и почти всегда первым дает знать о проблеме.

Как эти различные медицинские состояния приводят к развитию практически всех психиатрических симптомов? Эксперты говорят о нейромедиаторах, стрессовых реакциях и воспалении (32). Все это верно, только вот как именно они сочетаются друг с другом и приводят к психиатрическим симптомам? На данный момент у медицинского сообщества нет достоверной гипотезы, однако теория энергии мозга дает убедительное объяснение.

Я не первый, кто предположил, что делирий вызван проблемами с обменом веществ. В 1959 году Джордж Энгель, разработчик биопсихосоциальной модели, допустил, что делирий вызван нарушением энергообмена в мозге, или «церебральной метаболической недостаточностью» (33). С тех пор многие исследователи расширили эту гипотезу (34). Так, результаты позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) выявили снижение обмена глюкозы в мозге у людей с делирием (35). Известно, что многие серьезные медицинские состояния оказывают прямое влияние на обмен веществ и функцию митохондрий. Тем не менее, так как медицинское сообщество оказалось не в состоянии объяснить появление психических симптомов, было неясно, могут ли эти метаболические и митохондриальные аномалии играть какую-то роль в развитии психических симптомов.

Как лечится делирий? Это зависит от основной причины или причин, а также от конкретных симптомов. После выявления медицинского состояния, вызвавшего психическое расстройство, применяются стандартные методы лечения. Это может быть антибиотик для лечения ИМТ или обычные кардиологические протоколы при сердечном приступе. Но что же насчет психических симптомов? Несмотря на то что они попадают под определение делирия, против этих симптомов в психиатрии используется все, что только можно. Обычно применяются седативные препараты – антипсихотики, стабилизаторы настроения, антидепрессанты, противотревожные препараты и средства для улучшения сна. Если симптомами делирия являются крайняя депрессия и недостаток энергии, иногда используются стимуляторы. Мы используем лекарства, чтобы помочь справиться с симптомами, но на самом деле ждем, пока основное заболевание будет полностью вылечено. Проявления делирия обычно проходят после того, как медицинское состояние разрешится. Это временный случай митохондриальной дисфункции.

Действительно ли делирий так важен? После выявления основного медицинского состояния, например сердечного приступа, имеют ли значение психические симптомы? Многие люди считают, что нет. Они не воспринимают психические симптомы всерьез, считая их раздражающими проблемами, затрудняющими оказание качественной медицинской помощи. Например, некоторые кардиологи игнорируют психические симптомы в контексте сердечного приступа. Для них проблема ясна и понятна – это сердечный приступ. Тревожен пациент или нет – не имеет значения. Даже галлюцинации не принимаются во внимание. Это проблема, которую должен решать психиатр-консультант, а не кардиолог. К сожалению, такая распространенная точка зрения недальновидна. Она игнорирует огромное количество исследований, показывающих, что делирий действительно имеет значение. Иногда он означает разницу между жизнью и смертью.

Если теория энергии мозга верна, у людей с делирием должна наблюдаться более обширная или тяжелая митохондриальная дисфункция, чем у не испытывающих подобного расстройства. «Психические» симптомы подают нам предупреждающий знак и в этом случае тяжелая митохондриальная дисфункция должна означать, что у людей с делирием повышенная склонность к развитию психических расстройств, деменции или эпилепсии. Кроме того, они подвержены риску преждевременной смерти. Так ли это на самом деле? Оказывается, что так.

Тревожные расстройства, депрессия и посттравматическое стрессовое расстройство часто развиваются после одиночного эпизода делирия. Более высокие показатели деменции и когнитивных нарушений были последовательно зафиксированы через 3, 12 и 18 месяцев после выписки из больницы у людей, перенесших делирий, по сравнению с людьми с теми же заболеваниями, у которых расстройства не было (36). Более того, делирий у пожилых людей приводит к восьмикратному увеличению риска развития деменции в будущем. Повышенная возбудимость клеток мозга также хорошо задокументирована, и самым крайним последствием этого являются судорожные припадки. В одном исследовании людей с делирием у 84 % были аномальные электроэнцефалограммы (ЭЭГ), причем у 15 % из них наблюдалась явная судорожная активность (37). Люди с делирием чаще умирают преждевременно. Во время госпитализации риск внезапной смерти у них в два раза выше, чем у людей без делирия (38). После выписки из больницы уровень смертности в течение следующего года у страдающих делирием составляет 35–40 %, что намного выше, чем у людей, которые не испытывали этого расстройства (39).

Что из этого следует? Делирий говорит нам о наличии митохондриальной дисфункции в мозге. Иногда она может быть обратимой, и человек полностью выздоравливает. К сожалению, так происходит не всегда. Чаще митохондриальная дисфункция сохраняется или прогрессирует. Митохондрии в клетках могут повреждаться, что приводит к снижению их работоспособности. Как результат, клетки подвержены повышенному риску сохранения дисфункции. Некоторые из них могут умереть без замены на новые. Все это приводит к снижению резервных возможностей различных областей мозга, а любой из этих факторов сам по себе способен стать причиной психических расстройств, болезни Альцгеймера или эпилепсии.

А как насчет людей, у которых во время пребывания в отделении интенсивной терапии проявляются признаки менее выраженного психического расстройства, скажем, депрессии? Если она также связана с митохондриальной дисфункцией, то следует ожидать корреляции с повышенным уровнем смертности или судорожных припадков. Наблюдается ли подобное соотношение? Да, оно присутствует. Ранее я уже рассказывал об исследованиях, демонстрирующих, что у людей, пребывающих в депрессивном состоянии после сердечного приступа, в два раза выше вероятность повторного приступа в течение следующего года. Кроме того, у страдающих депрессией в шесть раз чаще случаются судорожные припадки. Аналогичные исследования были проведены на пациентах с самыми разными заболеваниями. После пребывания в отделении интенсивной терапии у перенесших депрессию риск смерти в течение двух лет после выписки был на 47 % выше, чем у не страдающих расстройством (40). Это и другие исследования убедительно демонстрируют, что любые психические симптомы, даже если формально они не диагностируются как делирий, связаны с более высоким уровнем преждевременной смерти.

Возможно, психические проявления подобны канарейке в угольной шахте; иногда они становятся первым признаком метаболической и митохондриальной недостаточности.

Что же насчет людей с давними психическими расстройствами? Если отклонения действительно вызваны митохондриальной дисфункцией, это должно сделать их более уязвимыми к развитию делирия, при условии что, действительно, делирий также связан с митохондриальной дисфункцией. Что ж, факты подтверждают и это. Я уже рассказывал о датском популяционном исследовании, в котором приняли участие более семи миллионов человек (41). Оно показало, что люди с психическими расстройствами – любыми – более склонны к развитию «органических» психических расстройств, в том числе делирия и деменции. В целом в зависимости от диагноза вероятность развития этих расстройств была от 2 до 20 раз выше, чем в среднем по популяции. Хронические психические заболевания подобны сигнальным лампочкам в автомобиле. Они дают нам представление о метаболическом здоровье человека и сигнализируют, что мозг работает неправильно из-за метаболической или митохондриальной дисфункции. Если не обращать на это внимания, иногда все проходит само собой. Если же проблема сохраняется, а мы продолжаем закрывать на нее глаза, то, как правило, за ней следуют другие симптомы и заболевания.

Если пример с делирием вас не убедил, то, возможно, убедит другой – процесс умирания. В некоторых медицинских учебных заведениях студентов учат мантре процесса умирания – «припадки, кома, смерть». Это последовательность событий, которые обычно происходят, когда люди умирают. Однако почему-то не упоминается дерилий, который встречается почти всегда. Обычно у людей возникают галлюцинации, дезориентация, аффективные или любые другие психические симптомы. Их мозг отказывает, потому что отказывают митохондрии в клетках мозга. Процесс умирания однозначно связан с отказом митохондрий. Эта короткая последовательность событий – делирий, судороги, кома и смерть – подчеркивает все последствия митохондриальной дисфункции, которые я обсуждал. Она раскрывает парадокс снижения функции и повышенной возбудимости клеток в контексте быстрой митохондриальной недостаточности, заканчивающейся смертью.

Проблема терминологии и подхода к лечению

Теория энергии мозга предполагает, что у всех психических расстройств имеется общий механизм развития, связанный с работой митохондрий. Когда их функция нарушена, мозг не может работать в полную силу. Если это действительно так, то насколько важны наши диагностические ярлыки? Как мы должны называть психические расстройства?

Нынешние диагностические ярлыки, вероятно, еще некоторое время сохранятся. Что-то менять всегда трудно, и на это требуется время. К тому же существующие диагнозы все-таки предоставляют какую-то полезную информацию. Они, что очень важно, описывают наборы симптомов, наблюдаемые у пациентов, и определяют характер лечения – по крайней мере, симптоматического.

Тем не менее, учитывая рассмотренные мной пересечения между диагнозами, а также тот факт, что у людей с одним и тем же диагнозом могут быть разные симптомы, очевидно, что нам есть к чему стремиться. Митохондриальная дисфункция или дисрегуляция дает объяснение неограниченному количеству симптомов у разных людей. Такое многообразие определяются тем, какие именно клетки мозга и нейронные сети затронуты и какие конкретно факторы влияли на митохондрии. То есть необходимо в корне поменять наш подход к психическим расстройствам.

Простым решением было бы назвать все психические расстройства вариантами делирия. Можно еще выделить временный и хронический делирий. Подобный ярлык напоминал бы врачам, что им необходимо искать причины метаболической дисфункции мозга, а не просто заниматься симптоматическим лечением. Это во многом будет соответствовать существующим протоколам лечения делирия, однако так данные протоколы распространятся на всех людей с психическими расстройствами.

Не все согласятся использовать термин «делирий» применительно к каждому из существующих психических расстройств. В качестве альтернативы можно назвать их метаболической дисфункцией мозга и добавить уточнения для различных симптомов, которые испытывают люди. Например, человеку с выраженными симптомами тревоги может быть поставлен диагноз «метаболическая дисфункция мозга с симптомами тревоги». Человеку с шизофренией – «метаболическая дисфункция мозга с психотическими, депрессивными и когнитивными симптомами». Во всех случаях первичный диагноз останется прежним – «метаболическая дисфункция мозга», но симптомы будут меняться по мере лечения, прогрессирования или ремиссии заболевания. Вместо того чтобы иметь несколько диагнозов, как это происходит сейчас, людям будут диагностировать одно расстройство – метаболическую дисфункцию мозга – с различными его симптомами.

Теория энергии мозга… в двух словах

Вот краткое изложение теории энергии мозга: психические расстройства – это метаболические расстройства мозга. Хотя у большинства людей обмен веществ ассоциируется со сжиганием калорий, на самом деле это нечто гораздо большее. Метаболизм оказывает воздействие на структуру и работу всех клеток человеческого организма. На обмен веществ влияют многие факторы: эпигенетика, гормоны, нейромедиаторы и воспаление. Митохондрии являются главными регуляторами процесса и играют определенную роль в контроле перечисленных факторов. Неправильная работа этих органелл приводит к нарушению функций по крайней мере некоторых клеток нашего тела или мозга.

Все симптомы психических заболеваний можно рассматривать как гиперактивные, малоактивные или неактивные функции мозга. Дисфункция или дисрегуляция митохондрий может вызвать все эти симптомы в результате пяти различных механизмов: 1) клетки могут быть гиперактивными; 2) клетки могут быть недостаточно активными; 3) некоторые клетки могут развиваться аномально (что приводит к отсутствию определенных функций мозга); 4) клетки могут сжиматься и умирать (что также приводит к отсутствию функций мозга); и 5) клетки могут испытывать проблемы с самообслуживанием (что способствует чрезмерной активности, недостаточной активности или отсутствию функций мозга). Например, если клетки, контролирующие тревожность, чрезмерно активны, у вас будут симптомы тревожности. Если клетки, контролирующие память, недостаточно активны, у вас будет ухудшение памяти. При возникновении проблем с обменом веществ в раннем возрасте мозг может развиваться аномально, что становится причиной аутизма. Если проблемы с обменом веществ развиваются в течение длительного времени, клетки могут сжиматься и отмирать, что наблюдается при большинстве хронических психических расстройств и болезни Альцгеймера. Наконец, трудности с обслуживанием приводят клетки в негодность и способствуют возникновению любой из перечисленных проблем.

Итак, вам, вероятно, интересно, что вызывает метаболическую и митохондриальную дисфункцию или дисрегуляцию. Ответ не может быть односложным. Хорошая новость заключается в том, что многие из этих факторов, вероятно, вам хорошо знакомы, к тому же их можно выявить и устранить. Этому будет посвящена третья и последняя часть книги.