Журнал "Здоровье" №11 (71) 1960

Биохимия мозга

Действительный член Академии медицинских наук СССР профессор Г. Е. Владимиров

Природа наделила человека удивительным органом — мозгом. Это он регулирует сложнейшие процессы, протекающие в нашем теле, обеспечивает постоянство температуры, единство организма и внешней среды.

На протяжении многих веков ученые настойчиво пытались познать строение мозга, его химический состав, особенности обмена веществ. Благодаря бурному развитию науки и техники, которые позволили значительно усовершенствовать экспериментальные исследования, удалось разгадать многие тайны мозга. Сейчас уже известно, как он устроен, из каких веществ состоит. Достаточно хорошо изучены и химические процессы, протекающие в головном и спинном мозгу. Существует даже специальная отрасль науки — биохимия мозга, изучающая химические процессы, происходящие в нервной ткани.

Как известно, обмен веществ, без которого немыслимо существование любой живой материи, — это бесчисленный ряд очень сложных химических превращений. Процессы обмена веществ в нервных клетках имеют ряд специфических особенностей. О них мы и расскажем читателю.

Одна из особенностей состоит в том, что химические реакции в нервной ткани происходят очень интенсивно. Если весь организм человека в состоянии покоя потребляет около 300 кубических сантиметров кислорода в минуту, то оказывается, что мозг поглощает шестую часть этого количества, то есть 50 кубических сантиметров. Столько же кислорода нужно и сердцу, но оно ведь неустанно выполняет значительную механическую работу.

Такая активная биохимическая деятельность тканей мозга происходит непрерывно. Исследования показали, что мозг поглощает одинаковое количество кислорода независимо от того, бодрствует человек или спит.

Интересно отметить, что все ткани живого организма обладают одним замечательным свойством: они в течение некоторого времени могут существовать и без кислорода, за счет так называемых анаэробных процессов, то есть процессов, протекающих без поглощения кислорода. Правда, эти процессы в состоянии поддержать в течение долгого времени жизнь лишь таких тканей, в которых обмен веществ не отличается большой интенсивностью. Нервная ткань, в которой химические превращения протекают очень быстро и отличаются чрезвычайной сложностью, может в таких условиях нормально функционировать две — четыре минуты. Отсюда становится ясно, как чувствителен мозг к недостатку кислорода.

Кислородное голодание может наступить от различных причин. Одной из них является подъем на высоту в верхние слои атмосферы, где воздух разрежен.

В 1875 году трое французских ученых — Тиссандье, Кроче-Спинелли и Сивель — поднялись на воздушном шаре на высоту около восьми километров. Внезапно один за другим из-за недостатка кислорода они потеряли сознание. Когда спустя два часа воздушный шар приземлился, в чувство пришел только лишь Тиссандье.

При некоторых хирургических операциях может произойти остановка сердца, а иногда по характеру операции, производимой на крупных сосудах или на сердце, приходится выключать из кровообращения мозг. Это опасно для нервной ткани. Спустя 4–5 минут в ней начинаются необратимые изменения. Знание биохимических процессов, протекающих в мозгу, позволило ученым разработать методику оказания помощи человеку, находящемуся в состоянии клинической смерти. Таким образом было спасено немало жизней.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Содержание азота в тканях мозга определяют специальным аппаратом

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

Процессы возбуждения и торможения нервных клеток связаны не только с физическими явлениями — возникновением электрических импульсов, но в первую очередь с изменениями обмена веществ в нервных клетках и нервах. Так, в лаборатории удалось обнаружить, что любое раздражение, вызывающее возбуждение животного, влечет за собой повышение содержания аммиака в ткани мозга. Это наблюдалось и тогда, когда раздражали лапу собаки электрическим током и когда давали ей пищу. Если перед тем, как давать собаке еду, включать звонок, то через некоторое время только один его звук способен повысить содержание аммиака в мозгу. Следовательно, условный раздражитель — звонок — по нашей воле может изменить процессы обмена в нервной ткани. Наоборот, когда у животного вызывали состояние торможения, уровень аммиака в мозгу резко снижался.

Подобные исследования позволяют еще глубже познать явления обмена веществ и энергии мозга, раскрыть причины заболевания центральной нервной системы, найти методы их лечения и профилактики.

Таким образом, мы можем со всей определенностью заявить, что биологическая химия имеет огромное значение для практического здравоохранения. Она так же, как и все другие отрасли медицины, служит здоровью человека.

Ленинград

Человек родился… В первое же мгновение его встречает озабоченный взгляд врача. Ладони врача — первая наша опора на земле. С первых минут и на протяжении всей жизни человека врачи заботятся о его здоровье.

Где бы ни был советский человек — на земле или под землей, на воде или под водой, в Антарктиде или в раскаленных песках пустыни, — его сопровождает врач. Нет такого уголка в нашей стране, где человек не мог бы получить бесплатную, квалифицированную медицинскую помощь.

С каждым годом крепнет, развивается система советского здравоохранения, растет количество врачей, увеличивается число медицинских учреждений. В изданном недавно статистическом сборнике «Здравоохранение в СССР» приведены волнующие цифры.

На основе неуклонного повышения материального и культурного уровня жизни народа, совершенствования организации здравоохранения, развития физической культуры достигнуты большие успехи в укреплении здоровья населения СССР.

Значительно сократилась заболеваемость и смертность. В дореволюционной России ежегодно умирало более 3 процентов населения, при этом свыше 27 процентов новорожденных не доживало до одного года. В 1959 году общая смертность населения СССР по сравнению с дореволюционным периодом уменьшилась в 4 раза, а по сравнению с 1940 годом — в 2,4 раза. Особенно большие успехи достигнуты в борьбе с детской смертностью: по сравнению с дореволюционным периодом она уменьшилась почти в 7 раз, а по сравнению с 1940 годом — в 4,5 раза.

Царское правительство, разумеется, не заботилось об улучшении условий труда и быта населения, охране его здоровья, условиях его жизни. Сеть лечебных учреждений в дореволюционной России была развита крайне слабо, и крайне недостаточной была численность врачей и других медицинских работников.

В Советском Союзе в 1959 году на 10 000 человек населения приходилось 18 врачей, тогда как в царской России — только 1,5 врача. В настоящее время в нашей стране обеспеченность населения врачами значительно выше, чем в США, Англии, Франции и других капиталистических странах; СССР занимает первое место в мире.

За годы Советской власти в огромной степени расширилась медицинская помощь населению в бывших отсталых окраинах царской России. Число больничных коек на 10 000 человек населения возросло в 1959 году по сравнению с 1913 годом в Казахской ССР в 24 раза, в Узбекской ССР — в 27 раз, в Туркменской ССР — в 30 раз, в Киргизской ССР — в 57 раз, в Таджикской ССР — в 155 раз. В настоящее время в Казахстане и республиках Средней Азии врачей больше, чем было в 1913 году во всей царской России!

…Мы посвятили сегодня первую страницу обложки журнала некоторым медицинским работникам. И таких в стране сотни тысяч.

Вот врач Надежда Федоровна Морозова. Она радуется вместе с матерью появлению на свет нового человека.

Бортхирург Сергей Михайлович Лунин может рассказать о том, как иногда человек рождается дважды: он не раз возвращал к жизни, казалось бы, обреченных людей.

Профилактика — генеральная линия советской медицины. И мы по праву гордимся тем, что в нашей стране создана надежная охрана здоровья людей. Медицинская сестра Юлия Петровна Косова повседневно наблюдает за состоянием здоровья водолазов на спасательной станции в Химках. Врач Варвара Алексеевна Прилепская успешно предупреждает заболеваемость работающих в шахте имени Калинина в Донбассе. Ее друзья шахтеры здоровы и полны сил…

Советский народ глубоко уважает благородный труд медицинских работников, несущих бессменную вахту здоровья.