История эндокринологии идет бок о бок со странными, а порой жуткими экспериментами. Кастрация петухов, препарирование собак и инъекции из щитовидной железы овцы — так ученые шаг за шагом узнавали, как работает эндокринная система. В рамках гида «Гормональный фон» ПостНаука рассказывает, как порой негуманные методы стояли у истоков одной из самых сложных наук о человеке — эндокринологии.
Незамеченное открытие
В Нижней Саксонии, на севере Германии, между морем и горами Гарц, расположен Гёттингенский университет. В его стенах слушали лекции будущие декабристы, учился великий математик Карл Гаусс, здесь же преподавал основоположник эндокринологии — Арнольд Бертольд. Принято считать, что именно он провел первый научный эксперимент, связанный с гормонами.
2 августа 1848 года немецкий врач взял для исследования шесть цыплят мужского пола. Первую пару птиц Бертольд кастрировал, у второй пары удалил по одному семеннику, а у третьей вырезал оба яичка, но затем пересадил по одному в брюшную полость двум другим петухам. У пары птиц в животе оказалось по одному чужому семеннику.
Гёттингенский университет, Германия
В течение следующих месяцев ученый наблюдал за петухами. Поведение птиц с одним семенником не отличалось от повадок сородичей: они кукарекали, дрались друг с другом и живо интересовались курицами. Кроме того, у них появились гребешки и бородки — вторичные половые признаки. В то же время кастрированные петухи были пугливыми, потолстели, а курицы им были безразличны. Бертольд пришел к выводу, что семенники у первой пары петухов восстановили свои функции.
После вскрытия врач обнаружил кровеносные сосуды, соединяющие семенники с остальным организмом. Бертольд посчитал, что половые железы продуцируют некое вещество, которое по кровеносным сосудам попадает к нужным клеткам и тканям. Через десятки лет это предположение докажут его последователи.
Бертольд опубликовал свою работу Transplantation der Hoden в журнале Mueller’s Archives of Anatomy and Physiology. Его эксперимент был прорывом, но современники Бертольда — да и он сам — этого не осознавали. Врач из немецкой провинции, сам того не ведая, заложил фундамент одной из самых сложных наук об организме человека — эндокринологии.
Средство для омоложения и волшебная инъекция
Австрийский физиолог Эйген Штейнах продолжил опыты Бертольда. Он решил повторить эксперимент немецкого коллеги, но уже на крысах, чтобы исследовать, как половые гормоны действуют на млекопитающих. Наблюдая за кастрированными крысами и крысами с тестикулами, он сделал вывод, что нечто, содержащееся в семенниках, напрямую влияло на физические характеристики животных и их сексуальное поведение.
Штейнах считал, что вазэктомия — действенный метод для омоложения организма. Если перекрыть семенные каналы, секрет яичек накапливается в организме, что повышает интеллект, сексуальность и поддерживает нашу молодость. Позже процедура получила нарицательное название «штейнах» и стала весьма популярной. Среди людей, прошедших через штейнах, были и такие известные личности, как Зигмунд Фрейд и Уильям Йетс. Примечательно, что сам первооткрыватель «эликсира молодости» себе процедуру не делал, а позже его метод был признан несостоятельным.
В 1889 году французский врач Шарль Броун-Секар заявил, что сделал себе инъекцию из секрета семенников собак и морских свинок. Ученый отметил небывалый подъем жизненной силы и выносливости, да и в целом он стал чувствовать себя на 30 лет моложе. Броун-Секар расценил это как подтверждение раннего предположения: пик жизненных сил у самцов любого животного приходится на половую зрелость, и это связано с неизвестным науке специфическим веществом, которое содержится в яичках. Научное сообщество встретило заявление Броун-Секара критически, но широкая публика прониклась его идеями.
Шарль Броун-Секар и Эйген Штейнах — выдающиеся ученые. Первый потратил годы на изучение неврологического синдрома, который сегодня носит его имя. Второй был шесть раз номинирован на Нобелевскую премию по физиологии. Но, как оказалось, даже самые видные ученые могут заблуждаться.
Новое лекарство
Эксперименты, связанные с эндокринной системой, были направлены не только на создание эликсира молодости и восстановление жизненных сил — ученые изучали железы и для поиска новых и более эффективных способов лечения болезней.
В 1884 году Виктор Горслей, изучая функции щитовидной железы, удалил орган у нескольких обезьян. Наблюдая за состоянием подопытных животных после операции, физиолог заметил у них развитие анемии, потерю волос и снижение температуры тела. Сегодня мы знаем, что все эти состояния являются симптомами микседемы. Эксперимент позволил Горслею предположить, что у щитовидной железы есть особые функции, о которых его современники не задумывались. Позже, основываясь на этом знании, Горслей предложил применять экстракт щитовидной железы обезьян для лечения микседемы у людей и трансплантировать пациентам щитовидную железу овец в лечебных целях.
Идею Горслея развил его последователь, британский врач Джордж Мюррей. В 1891 году Мюррей изготовил экстракт щитовидной железы овцы. Рецепт был прост: физиолог вырезал щитовидную железу, измельчил орган, замочил порошок в глицерине, добавив каплю фенола для дезинфекции, и процедил получившийся раствор. Это вещество Мюррей вколол 46-летней пациентке, страдающей от микседемы. Спустя несколько месяцев регулярных инъекций ей стало лучше, и наука получила лекарство от очередной «неизлечимой» болезни.
Открытие гормонов
Несмотря на то что к концу XIX века врачи уже понимали некоторые закономерности в работе эндокринной системы, самого понятия «гормон» еще не существовало. Оно возникло только в 1905 году благодаря открытию англичан Уильяма Бейлисса и Эрнеста Старлинга, которые обнаружили секретин и описали его роль в пищеварении.
В конце XIX века была распространена точка зрения о том, что нервная система принимала активное участие в пищеварении. Еда проходила через желудочно-кишечный тракт и стимулировала нервные окончания, а в ответ они посылали в поджелудочную железу сигнал, что скоро в двенадцатиперстную кишку поступит переработанная пища.
В 1902 году Бейлисс и Старлинг решили это проверить и провели эксперимент в стенах Лондонского колледжа. Они удалили у подопытной собаки нервы возле кишечника, а после покормили ее. Поджелудочная железа выделила сок, несмотря на удаленные нервные окончания. Ученые догадались, что сигналы в поджелудочную железу отправляет не нерв, а химическое вещество.
Чтобы удостовериться в этом, Бейлисс и Старлинг провели еще один опыт. Поджелудочная железа вырабатывает пищеварительные соки в ответ на повышенную кислотность. Ученые удалили часть кишечника собаки и ввели ей в двенадцатиперстную кишку кислоту, чтобы проследить за реакцией пищеварительной системы. Затем ученые ввели питательную смесь, напоминающую переваренную пищу, собаке внутривенно: так пища не касалась нервных окончаний рядом с поджелудочной железой, если они там были. В ответ поджелудочная железа собаки начала вырабатывать желудочный сок — гипотеза ученых подтвердилась. Они поняли, что сигнал от кишечника к поджелудочной железе на самом деле передавала кровь, а точнее, то, что в ней содержалось.
Они доказали, что пищеварительным процессом управляла не нервная система, а некая субстанция, которую разносила по организму кровь, — ее ученые назвали секретином. Это был первый известный науке гормон.
Но жестокость экспериментов не осталась незамеченной. В 1903 году Бейлис перед студентами-медиками препарировал собаку, коричневого терьера. Будущие врачи обвинили ученого в незаконной вивисекции. Возмущенный Бейлис подал в суд на клевету и выиграл. Через три года возле Лондонского университетского колледжа появится памятник — бронзово-коричневый терьер на гранитном постаменте с фонтаном и поильником для животных у основания. Надпись у памятника будет гласить:
В память о коричневом терьере,
замученном до смерти в лабораториях
университетского колледжа в феврале 1903 года
и выдержавшем два месяца
вивисекционных процедур, переходя
от одного вивисектора к другому,
пока смерть не даровала ему освобождение.
Также в память о 232 собаках,
прошедших вивисекцию в том же месте в течение 1902 года.
Мужчины и женщины Англии, как долго еще такие вещи будут происходить?
Памятник коричневой собаке, Джозеф Уайтхед, 1906, Лондон
Этот памятник положит начало студенческим протестам, массовым беспорядкам и стачкам с полицией, судам и общественной дискуссии. Но новый закон, регулирующий использование животных в научных экспериментах, будет принят лишь в 1986 году.
Ключ и замок
Открытия самих гормонов было недостаточно для того, чтобы понять, как работает эндокринная система. В общей картине не хватало элемента, который бы объяснял, как именно они воздействуют на органы. Ключом к пониманию действия гормонов стали гормональные рецепторы.
Главным исследователем рецепторов был американский физиолог Эрл Сазерленд. Его современники считали, что гормоны напрямую вступают в реакцию с ферментами клеток, хоть и не могли объяснить этот механизм. Исследуя работу печени, Сазерленд в этом засомневался.
Его интересовала работа двух гормонов — адреналина и глюкагона, которые высвобождают глюкозу в печени: попадая в клетки печени, адреналин заставляет их разрушать гликоген, и высвобождается глюкоза. Запускает эту цепочку вовсе не адреналин: он не может пройти через клеточную мембрану. Этот процесс происходит только тогда, когда в клетках активируется фермент печени фосфорилаза.
В 1950-х годах Сазерленд упорно пытался понять, что именно отвечает за активацию фосфорилазы. Для этого он моделировал цепочку реакций адреналина и глюкагона на тонком срезе печени собак и наблюдал, что происходит на молекулярном уровне. Ученый увидел, что адреналин активирует на клеточной мембране свой белок-рецептор, что заставляет клетки печени вырабатывать неизвестное вещество, которое затем активирует фосфорилазу. Это вещество — циклический аденозинмонофосфат, известный как ц-АМФ. Он, как и другие рецепторы, выступает посредником, который запускает ответ клеток органа на гормоны. Через четверть века Сазерленд получил Нобелевскую премию «за открытия, касающиеся механизмов действия гормонов, особенно адреналина, через вторичных мессенджеров, а именно циклический аденозинмонофосфат, или циклический АМФ».
Открытие эндорфинов
Обнаружив гормональные рецепторы, ученые бросили все силы на их исследования. Так, в 1973 году исследовательские группы в Америке, Балтиморе и Нью-Йорке, и Швеции независимо друг от друга пришли к выводу о том, что в мозге есть рецепторы, которые реагируют на морфин и опиаты. Это породило новый вопрос: почему в человеческом мозге есть рецепторы, которые реагируют на вещества из мака — растения, которое изначально встречалось лишь на Ближнем Востоке?
Через два года ответ нашли английские биохимики Джон Хьюз и Ганс Костерлиц. Они исследовали мозг свиней и обнаружили молекулы веществ, свойства которых схожи с морфином, — ученые назвали их энкефалинами и эндорфинами. Это были пептидные соединения из аминокислот, которые воздействовали на те же рецепторы, что и морфин. Костерлиц и Хьюз ввели их крысам в участки мозга, которые реагируют на опиаты, и заметили, что те имеют болеутоляющие свойства, как и опиаты. Так они обнаружили естественные «болеутоляющие», которые гипофиз выбрасывает в ответ на стресс.
Открытие эндорфинов и энкефалинов отображает важную тенденцию в физиологических исследованиях второй половины XX века. В этот период в науке продолжались молекулярные эксперименты, но фокус сместился на наименее изученный орган — мозг. Если в конце XIX века, изучая пищеварение, исследователи отказались от попыток связать функции органов с работой нервной системы, то спустя сто лет продолжительных экспериментов они вновь пришли к идее о том, что эндокринная система связана с нейроактивностью, но гораздо более сложным образом, чем считали их предшественники.
От лаборатории к лечению больных
Ранним физиологам не казалось очевидным, что у исследований эндокринной системы есть практическая ценность. Они не рассматривали эндокринологию как часть медицины. Время показало, что их смелые и порой жестокие эксперименты помогли ученым описать эндокринную систему человека, обнаружив ее основные элементы и закономерности между ними. На основе этого медики научились справляться с большинством заболеваний эндокринной системы, лечение которых раньше казалось безнадежным.
Оригинал earth-chronicles.ru
