Валерий Чолаков
Нобеловите награди (56) (Учени и открития (1901–1982))

Химия на мозъка

Изследователите на биоелектричните явления в нервната система смятаха съвсем естествено, че нервите са като телеграфни кабели и се свързват помежду си и с органите директно. В началото на века обаче се появиха данни, че в работата на нервната система са намесени химични вещества. В 1904 г. Елиот изолира от сърцевината на надбъбречните жлези веществото адреналин, което имаше върху организма същото въздействие, както симпатиковата нервна система. Този изследовател предположи, че нервните влакна от симпатиковия дял на вегетативната нервна система произвеждат това съединение в своите окончания. Десет години по-късно, в 1914 г., Хенри Дейл публикува изследванията си върху ацетилхолина. Той имаше ефект както парасимпатиковата нервна система, но не се откриваше в тялото като адреналина и това значително затрудняваше изследванията.

Тези резултати създадоха сред учените мнението, че нервното възбуждане може да бъде предизвикано от определени химични съединения, своеобразни преносители на възбудния ефект. Тези хипотези получиха твърда основа едва през 1921 г., когато Ото Льови постави един прост, но изобретателен експеримент. Той изолира сърце от жаба и с малка тръбичка го съедини с друго жабешко сърце. При дразнене на първия препарат започваше съкращение на втория, което показваше, че се отделя някакво вещество в течността, способно да предизвиква нервни импулси. То бе в нищожна концентрация и неговото изолиране и определяне дойде след упорита работа. Льови и неговият сътрудник Навратил откриха растителни съединения, които предотвратяваха бързо разлагане на парасимпатиковото вещество. Това даде възможност да се установи неговата природа. Това бе добре известният ацетилхолин.

По-нататък това съединение бе намерено и в други органи. Льови и Навратил показаха, че има специфичен ензим холинестераза, който бързо разлага ацетилхолина и затова се среща в минимални количества. В този етап отново приноси направи Хенри Дейл. Използвайки един метод, създаден от Кибяков, и независимо от него от Фелдберг и Гадъм, Дейл успя да покаже, че ацетилхолин се появява и в нервните свръзки в различните структури на нервната система. Това предизвика оживени дискусии, тъй като постави въпроса, дали в нервната система има химично предаване на импулси.

В нервните окончания се отделят нищожни количества ацетилхолин — около една стохилядна от милиграма. Това прави анализа много труден. Въпреки това Дейл и сътрудниците му успяха да покажат, че ацетилхолин се появява винаги при предаването на нервния импулс в синапсите, където се съединяват два нерва, както и при свързването на нервно влакно с изпълнителен орган като мускул, жлеза и т.н.

Откритията на Ото Льови в Грац, Австрия, и Хенри Дейл в Националния институт за медицински изследвания в Лондон поставиха началото на неврохимията, от която се разви по-нататък психохимията. Това бе революция в изучаването на нервната система. Новите идеи се утвърдиха след голяма борба и намериха признание в решението на Каролинския институт да даде Нобеловата награда по медицина и физиология за 1936 г. на Дейл и Льови за техните открития във връзка с химичното предаване на нервните импулси. Така бе почетено делото на двама учени, специализирали на времето заедно в лабораторията на Старлинг в Лондон и запазили тесен контакт впоследствие, въпреки че техните лаборатории се намираха доста далеч една от друга.

Откриването на химични медиатори имаше голямо значение за стимулирането на изследванията в тази насока. След адреналина и ацетилхолина бяха изолирани редица други вещества, предаващи периферния ефект на нервния импулс. Тук спадат съединенията норадреналин, хистамин и др. От тези открития се заинтересуваха много фармаколозите, тъй като изучаването на медиаторите даде възможност да се обясни действието на редица токсични и лекарствени вещества и да се търсят нови лекарства. Швейцарският химик Даниел Бове, работил почти 20 години в Пастьоровия институт в Париж при Емил Ру, посвети научните си изследвания на вещества, блокиращи химични медиатори.

Още в 1937 г. Бове и Щауб получиха първия антихистаминов препарат. На негова основа впоследствие се разработиха други съединения за клинична употреба. По-нататък Бове и сътрудниците му се заеха с алкалоиди, блокиращи действието на нервните импулси.

Алкалоидите имат доста сложна структура и техните извлеци от природни източници са с непостоянен състав и непредсказуем ефект. Това значително затруднява клиничното им използване. Бове и неговият екип успяха постепенно да синтезират вещества с по-проста структура, които имаха същото действие като природните алкалоиди, без нежелателните странични ефекти. Например на базата на кураре бяха създадени препарати, които ефикасно парализират мускулите и значително улесняват хирургичните операции.

От експерименталната неврофармакология Бове се насочи към психофармакологията. Тази сравнително нова дисциплина изучава химичните процеси в централните структури на нервната система. С помощта на подходящи вещества стана възможна пряката намеса в дейността на мозъка. Бове по-специално се занимаваше с диетиламида на лизергиновата киселина, по-известен с инициалите на немски език ЛСД. Това съединение, открито случайно от един швейцарски химик, има извънредно силно въздействие върху психиката. Днес дори то е един от наркотиците, създаващи проблеми на здравните служби. Откриването на подобни вещества създаде заплашителната перспектива от манипулиране на човешкото съзнание с помощта на различни препарати. За щастие още сме далеч от тази възможност, но психофармакологията вече има великолепни достижения в лекуването на различни заболявания по химичен път.

През 1957 г., когато се набелязваха пътищата на това развитие, Даниел Бове бе награден от Каролинския институт с Нобеловата награда по медицина и физиология за своите открития във връзка със синтетични съединения, инхибиращи действието на телесни вещества и по-специално действието върху съдовата система и скелетните мускули.

С химичното предаване на нервните импулси се е занимавал и австралийският учен Джон Екълз, асистент на Шерингтън, работил дълги години в Оксфорд, а след това в Австралия и Нова Зеландия. Този учен успя да изследва механизма на синаптичното предаване с помощта на микроелектроди. Измервайки мембранните потенциали, Екълз показа как се получава възбуждане и задържане под действието на химичните медиатори. Когато химическото вещество стимулира, в нервното влакно се поражда характерен импулс, който предава информацията по-нататък. Тези деликатни изследвания бяха направени приблизително по същото време, когато Ходжкин и Хъксли разработваха своята мембранна теория за провеждането на нервния импулс. Изследванията на Джон Екълз значително допринесоха за изясняването на общата картина, тъй като той се занимаваше с мембранните потенциали в областта на синапсите, релетата на живия организъм. През 1963 г., когато Ходжкин и Хъксли бяха предложени за Нобелови лауреати, Екълз стана третият избраник.

Изследванията на Дейл и Льови през 20-те години просто даваха идея, че има химично предаване на нервните импулси. Екълз откри впоследствие някои елементи от този процес и по-специално възникването на мембранни потенциали. Нов етап в изследванията бе изучаването на процесите в синапсите на ултрамикроскопско равнище в съчетание е прецизна биохимия, което създаде една доста цялостна представа за тези явления.

Един асистент на Джон Екълз от изследванията в Сидни задълбочи познанията върху електрофизиологичните явления в синапсите, свързващи моторните нерви с мускулните влакна. Бернард Кац, немски емигрант, работил няколко години при Хил в Лондон, през 1939 г. отиде в Сидни при Екълз, за да се заеме с нервномускулни изследвания. През 1946 г. той се върна отново при Хил в Лондон и няколко години по-късно стана професор по биофизика в университетския колеж, като през цялото това време запази своя интерес към изследванията на нервите и мускулите.

В 1946 г. Улф фон Ойлер, поредният представител на тази голяма фамилия учени, чийто баща Ханс бе лауреат на Нобелова награда по химия за 1929 г., направи интересно откритие. Той установи, че норадреналинът е медиатор в симпатиковата нервна система. Заедно със своите сътрудници Ойлер установи, че на края на нервното влакно в синаптичната мембрана се образуват гранули с много малки размери, в които се синтезира и съхранява химичният медиатор. Тези мехурчета достигат повърхността на мембраната и освобождават веществото-посредник, което дифундира на разстояние 200 до 500 ангстрьома до мембраната на следващия нерв. Така се осъществява химичното предаване на импулса.

Джулиъс Акселрод от Ню Йорк успя да изясни каква е съдбата на медиатора. Той показа как това вещество се инактивира чрез химична модификация от специален ензим. След това медиаторът се връща обратно и попада отново в гранулата, за да бъде готов за новия импулс. Оказа се, че природата е създала бърз, ефективен и икономичен начин за работа на синапсите.

Химичното предаване на нервните импулси се оказа проблем от изключително значение. За редица психични заболявания се установи, че са свързани е нарушения в медиаторите и синапсите. Последните открития показват, че в мозъка се използват и още по-сложни вещества за предаване на сигнали и той всъщност наподобява една гигантска жлеза. Разгадаването тази деликатна психохимия ще има огромно значение за клиничната медицина и експерименталната физиология. Джулиъс Акселрод, Улф фон Ойлер и Бернард Кац, които дадоха големи приноси за натрупването на тези познания, получиха за своите постижения Нобеловата награда по медицина и физиология за 1970 г. Тя им бе присъдена за открития върху химичните медиатори в нервните окончания и механизмите на тяхното съхраняване, освобождаване и инактивация.