«Человеческое тело, погружённое в атмосферу… не может не испытывать со всех сторон действия атмосферного электричества. Всеми своими дышащими порами кожной поверхности наше тело всасывает электрическую материю. Сухая губка, брошенная в воду, представляет собой лишь слабый образ того, как человеческое тело впитывает из воздуха электрическую субстанцию. …Воздух беспрерывно через лёгкие подводит к внутренним органам всё новые и новые порции электричества». Так образно, но, как выяснилось позднее, совершенно неправильно представлял воздействие атмосферного электричества на организм французский естествоиспытатель аббат Пьер Бертолон (1742—1800). Лишь в конце XIX века были обнаружены материальные носители электрических зарядов в атмосфере — положительно и отрицательно заряженные ионы, получившие название «аэроионов».
Атмосферные ионы в природе образуются под действием естественных ионизаторов, в основном космических лучей и радиоактивных минералов. У поверхности Земли в 1 см3 воздуха содержится в среднем около 1000 пар ионов. В воздухе промышленных городов содержание аэроионов падает до 300 пар на 1 см3. Если учесть общее число молекул в 1 см3 воздуха, концентрация аэроионов ничтожно мала: на один ион приходится примерно 1016 нейтральных молекул. Однако их влияние на человека чрезвычайно велико.
Основная заслуга в изучении биологической роли аэроионов принадлежит, несомненно, русскому учёному А. Л. Чижевскому (1897—1964). На протяжении ХХ века отношение к этому фактору воздушной среды претерпело ряд метаморфоз — от эйфории, вызванной верой в целительные свойства аэроионов, до отрицания биологической активности этих частиц и почти полного их забвения. В последние годы, однако, нам удалось установить, что среди полутора десятков кислородсодержащих ионов (O—, O2—, О3—, О4—, N02—, N03—, СО4— и другие), есть один-единственный носитель целебных свойств, приписываемых аэроионам, — супероксидный анион-радикал О2•— (будем называть его супероксидом). Мы получили убедительные доказательства высокой физиологической активности этой частицы.
К удивлению исследователей оказалось, что биологическая активность атмосферного супероксида связана не с электрическим зарядом, как это считалось раньше, но исключительно с тем, что это — свободный радикал (радикалы — частицы, имеющие неспаренные электроны). Непосредственные «приёмники» радикала О2•— в организме не бронхи или лёгкие (на самом деле ни в бронхи, ни в лёгкие отрицательно заряженные ионы не проникают), а рецепторы слизистой оболочки полости носа. В рецепторах носа О2•— возбуждает сигналы, которые поступают далее в регуляторные центры головного мозга, в первую очередь в гипоталамус. Эти результаты оказались удивительно созвучны представлениям великого Ж.-Б. Ламарка (1744—1829), полагавшего, что проникший в живой организм из воздуха «электрический флюид» преобразуется в нервный флюид, свойственный живым существам. Теория электрического флюида давно канула в Лету, однако догадка Ламарка оказалась провидческой. Об этом свидетельствуют специально поставленные опыты, в которых исследовалось, как супероксид вдыхаемого воздуха влияет на поведение животных и функции мозговых структур.
CУПЕРОКСИД И ПОВЕДЕНИЕ ЖИВОТНЫХ
Лабораторных животных помещали на несколько дней в азотно-кислородную атмосферу, обогащаемую супероксидом О2•—. Уже через несколько минут животные становились более активными. Через пару дней были обнаружены признаки стимуляции гипоталамуса и гипофиза – эндокринной железы, связанной с гипоталамусом множеством нервных и гуморальных связей. Напротив, полное удаление О2•— из обычного атмосферного воздуха приводило к истощению и разрушению структур гипофиза и нейронов гипоталамуса. Процессы разрушения были столь значительными, что все подопытные животные вскоре погибали. Своевременное добавление в воздух супероксида позволило нам сохранить жизнь животным и обратить вспять деструктивные процессы. Эти удивительные результаты подтвердили, что супероксид играет ключевую роль в биологических эффектах аэроионов.
Важным следствием этих открытий стала возможность использовать ингаляции искусственного супероксида в лечебных целях. По аналогии с отрицательными аэроионами первые клинические испытания супероксида были проведены у больных бронхиальной астмой. Выяснилось, что лечебное действие супероксида у этих больных значительно эффективнее по сравнению с отрицательными аэроионами. В дальнейшем были выявлены лечебные эффекты супероксида также при лечении заболеваний, связанных с нарушениями функций мозга. В первую очередь таких, как болезнь Паркинсона, гипертония, депрессия, боли и мигрени, последствия стресса или синдром хронической усталости.
Эффективным оказался также относительно стабильный продукт химических превращений супероксида – перекись водорода Н2О2. Незначительные количества перекиси водорода образуются в реакции супероксида с парáми воды в полости носа и дыхательных путей. Выяснилось, что распылением в полости носа Н2О2 можно воспроизвести большинство эффектов O2•—.
Вводимые в полость носа в лечебных целях О2•— и Н2О2 применяются в очень низких концентрациях и дозах. Как показал 25-летний экспериментальный и клинический опыт, нежелательные побочные эффекты при этом не развиваются.
Радикальная природа «главного» иона из пула аэроионов вместе с вовлечением в ответные реакции гипоталамуса и других структур центральной нервной системы открыли новые, ранее неизвестные области лечебного применения супероксида и перекиси водорода. Были созданы новые приборы, лекарства и способы лечения различных болезней.
КАК СУПЕРОКСИД И ПЕРЕКИСЬ ВОДОРОДА ВОЗДЕЙСТВУЮТ НА МОЗГ
Гипоталамус позвоночных животных и человека — это важный центр координации и управления жизненно важными функциями организма. Чтобы управлять, необходимо владеть информацией об объекте управления. В этом смысле гипоталамус — уникальная структура. «Глазом мозга, обращённым во внутреннюю среду организма» образно называл этот небольшой отдел мозга выдающийся отечественный невролог академик А. М. Вейн. «Глазами» гипоталамусу служат чувствительные клетки, воспринимающие все важные для организма изменения уровней гормонов, глюкозы, кислотности, осмотического давления и других параметров крови и спинномозговой жидкости.
Гипоталамус оценивает также информацию из внешней среды, например сигналы от обонятельных рецепторов. Эти рецепторы, однако, нечувствительны к атмосферному супероксиду. Недавно внимание учёных, а позднее и широкой публики, привлекли другие чувствительные структуры носа — рецепторы вомероназального органа — миниатюрного рецепторного органа, расположенного симметрично в слизистой носовой перегородки. Большинство вомероназальных рецепторов воспринимают химические сигналы половых аттрактантов — феромонов, которые участвуют в регуляции полового поведения у животных и, возможно, у человека (см. «Наука и жизнь», № 7,2005). Предполагается, что некоторые рецепторы вомероназального органа чувствительны также к содержащемуся в воздухе супероксиду. Как ни слабы эти сигналы, благодаря биохимическим механизмам они, как и многие другие, могут быть усилены в 106—1010 раз, после чего поступают в гипоталамус. Не случайно поэтому вомероназальный орган был назван «перископом мозга» в окружающий мир.
В ответ на полученную информацию в структурах гипоталамуса синтезируются регуляторные вещества — своеобразные биохимические «вожжи», стимулирующие (либерины) или угнетающие (статины) выработку гормонов гипофизом. Гипоталамус синтезирует также собственные гормоны, которые регулируют водно-солевой обмен, тонус кровеносных сосудов, поведенческие реакции, а также функции щитовидной и половых желез.
От гипоталамуса регуляторные нервные импульсы передаются по нейронам и в другие отделы головного мозга. Регуляторные «следы» были обнаружены в базальных ганглиях, стволе мозга, центрах лимбической системы, а также в коре — «высшем распорядителе и распределителе функций организма животного и человека», по определению И. П. Павлова. Известно, что повреждения базальных ганглиев приводят к нарушению целенаправленных движений при болезни Паркинсона, нейроны ствола участвуют в регуляции артериального давления, работы сердца, пищеварительного тракта, а центры лимбической системы контролируют эмоции.
Столь широкий диапазон функций и нервных связей гипоталамуса позволяет объяснить многогранность лечебных и профилактических эффектов О2•—. У здорового человека супероксид, воздействуя через гипоталамус на структуры мозга, обеспечивает адаптацию к действию стресс-факторов, нормализацию углеводного и белкового обмена, поддержание активности иммунной и гормональной систем.
ЧТО МОЖЕТ СУПЕРОКСИД?
И супероксид, и перекись водорода относятся к так называемым активным формам кислорода наряду с синглетным кислородом 1О2 и гидроксильным радикалом •ОН. Долгое время считалось, что эти молекулы и ионы, которые образуются в каждом организме в процессах окислительного метаболизма, могут быть причиной окислительного стресса, гибели клеток и возникновения многих болезней. Выяснилось, однако, что по крайней мере для некоторых активных форм кислорода природа нашла конструктивное применение, например в регуляции процессов клеточного деления, проницаемости мембран и экспрессии генов. Не менее важным оказался для живых организмов также супероксид атмосферного воздуха.
На протяжении многих десятилетий интерес к аэроионам поддерживался благодаря описаниям зачастую не доказанных лечебных свойств этих частиц. Поэтому легко представить себе чувства исследователей, обнаруживших реальное лечебное действие супероксида.
Области лечебного применения супер-оксида и перекиси водорода объединяют заболевания, непосредственно связанные с патологией ЦНС, и болезни, в лечении которых сочетаются центральное и местное воздействия (третья изученная область успешного применения супероксида — лечение ожогов и ран — в этой статье не рассматривается).
К первым относятся, например, болезнь Паркинсона, рассеянный склероз, нарушения мозгового кровообращения, последствия черепно-мозговой травмы и инсульта мозга, гипертоническая болезнь, энцефалопатии, депрессии, боль, детский церебральный паралич, а также некоторые психические заболевания и абстинентный синдром. Другая группа болезней представлена бронхо-лёгочной патологией. Примером может служить бронхиальная астма и, возможно, лёгочный туберкулёз.
Более или менее успешное применение «классических» аэроионов при бронхиальной астме было описано неоднократно.Мы отметим лишь, что лечебное действие супероксида при лечении астмы выражено значительно сильнее. Это связано не только с воздействием на рецепторы носа более высоких, по сравнению с аэроионами, доз супероксида, но также с действием перекиси водорода, которая образуется в дыхательных путях из радикала O2•—. Здесь важно подчеркнуть, что электрический заряд аэроионов и супероксида нейтрализуется уже в полости носа и носоглотке, дальше которых эти частицы не проникают. В то же время электрически нейтральная Н2О2 проникает в глубокие отделы дыхательного тракта. «Тренировка» бронхов и лёгких исчезающе малыми концентрациями Н2О2 повышает устойчивость этих органов к действию воспалительных агентов, провоцирующих болезнь. Образование Н2О2 из супероксида окончательно развеяло научный миф последователей П. Бертолона о проникновении отрицательных аэроионов в лёгкие.
Супероксид и болезнь Паркинсона. В 1817 году английским врачом Дж. Паркинсоном была подробно описана болезнь, известная ранее как «дрожательный паралич». Впоследствии это нейродегенеративное заболевание мозга получило название «болезнь Паркинсона». Одной из основных причин болезни является окислительный стресс, вызывающий разрушение в структурах базальных ганглиев тех нейронов, которые вырабатывают дофамин — тормозной нейромедиатор (химический передатчик импульсов между нервными клетками мозга). Дефицит дофамина приводит к нарушению баланса нейромедиаторов и появлению различных признаков заболевания. Симптомы болезни не ограничиваются дрожанием конечностей и головы (тремор покоя), скованностью и нарушениями походки. Нередко наблюдаются также депрессия, нарушения мимики и речи. Усиливаются сальность кожи лица, слюнотечение.
Применение супероксида открыло новые возможности лечения этих больных. Воздействие супероксидом или очень низкими дозами Н2О2 на рецепторы слизистой носа активирует каскад рефлекторных реакций в структурах мозга, способствуя сохранению дофамина и уменьшению окислительного стресса. Клинически это проявляется в улучшении большинства нарушенных функций. Важно также, что вводимые в полость носа O2•— или Н2О2 позволяют снизить дозы и уменьшить побочные эффекты общепринятых антипаркинсонических лекарств.
Рассеянный склероз — самое распространённое хроническое воспалительное заболевание нейронов центральной нервной системы. Болезнь, которая поражает преимущественно лиц молодого трудоспособного возраста, была впервые описана в 1835 году французским врачом Л.-Ж. Крювелье. Он же дал первое название болезни: «островковый склероз». Основные нарушения в центральной нервной системе вызваны разрушением миелиновых оболочек нейронов, а также отёком и воспалением сосудов мозга. Рассеянный склероз – коварная болезнь. В середине ХХ века американский врач Дж. Куртцке установил, что можно выявить до 685 симптомов рассеянного склероза, однако он не смог выделить ни одного, специфического для этого заболевания.
В отличие от обычных лекарств, введённые в полость носа O2•— или Н2О2 воздействуют одновременно на все вовлечённые системы мозга — нейромедиаторные, нейрогуморальные и антиокислительные. Уже после одной-двух недель лечения у больных нормализуются функции нейромедиаторов, активируется продукция гормонов — адренокортикотропного и кортизола, уменьшается окислительный стресс. В исследовании на большом контингенте больных (около 700 человек) было показано, что после двух-трёх месяцев лечения у большинства стабилизируется улучшение двигательных функций и уменьшение симптомов астении (от греч. asthenia — бессилие, слабость).
Боль. Известному канадскому исследователю боли Р. Мелцаку принадлежит горькая мысль о том, что боль принесла человечеству больше страданий, чем даже сама смерть. И хотя болевые сигналы играют в организме охранительную роль, победа над сильной болью является одной из важнейших задач медицины.
Удивительно, что при всей сложности и многогранности физиологии боли в решение проблемы оказались вовлечёнными аэроионы. Первое сообщение появилось в 1957 году, когда врачи одной из больниц в Филадельфии (США) обратили внимание на уменьшение послеоперационных болей у пациентов, получавших ингаляции аэроионов. К сожалению, этот эффект не получил в тот период объяснения и вскоре был предан забвению. Спустя 30 лет, в другой стране, мы вернулись к этим фактам и провели свои исследования, теперь уже на новой научной основе. Выяснилось, что воздействие на рецепторы носа супероксидом или спреем Н2О2 усиливает болеутоляющее действие низких доз анальгетиков. Результаты оказались тем более интересными, что в экспериментах сами по себе O2•— и Н2О2 не уменьшали боль и даже незначительно повышали болевую чувствительность. Усиление действия анальгетиков развивалось только при сочетаниях супероксид/анальгетик или Н2О2/анальгетик. Впоследствии это открытие нашло применение в создании новых лекарств для лечения боли.
СУПЕРОКСИД, ПЕРЕКИСЬ ВОДОРОДА И ЛЕКАРСТВА НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Предусмотрительная природа нашла способ защитить мозг от неконтролируемого проникновения различных веществ. Эту функцию выполняет гематоэнцефалический барьер – особый клеточный заслон, оберегающий клетки мозга от проникновения из крови и спинномозговой жидкости чужеродных или вредных соединений. Только в области гипоталамуса природа предусмотрела менее жёсткий контроль проницаемости. На практике это означает, что умение использовать такое свойство может открыть уникальную возможность регулируемого приоткрывания «дверцы» в мозг. Понятно, что обнаруженные гипоталамические эффекты супероксида и Н2О2 открыли удивительные возможности их лечебного применения.
В ряде случаев нам действительно удалось с помощью супероксида и Н2О2 кратковременно ослабить «цензуру» гематоэнцефалического барьера и обеспечить проникновение в мозг лекарственных веществ. Этот принцип и был положен в основу при создании лекарств нового поколения. Главная их особенность состоит именно в том, что вводимые совместно с Н2О2 в полость носа лечебные субстанции поступают непосредственно в мозг, легко преодолевая гематоэнцефалический барьер. Используя этот принцип, удалось доставить в мозг даже те лекарственные вещества, которые обычно сквозь барьер не проникают.
Наиболее ярким примером может служить дофамин. Мы уже знаем, что при болезни Паркинсона уровень дофамина в базальных ганглиях мозга снижен. Благодаря этому открытию, сделанному ещё в 60-е годы прошлого века, было создано эффективное лекарство для лечения болезни, а авторы открытия в 2000 году (спустя почти 40 лет!) были удостоены Нобелевской премии.
Поскольку собственно дофамин при всех известных способах введения не проникает через гематоэнцефалический барьер, в лечебных целях используют вещество-предшественник дофамина под названием леводопа (L-ДОФА). Леводопа до сих пор считается «золотым стандартом» в лечении болезни Паркинсона, хотя время показало, что это лекарство не лишено серьёзных недостатков. Основной недостаток связан с «преждевременными» биохимическими превращениями леводопы по пути в мозг, что снижает лечебное действие и вызывает нежелательные побочные эффекты. Поэтому в настоящее время леводопа применяется в комбинации с другими субстанциями.
Супероксид и его производные кратковременно повышают проницаемость гематоэнцефалического барьера, и теперь уже не леводопа, а собственно дофамин за считанные минуты поступает в мозг. На этом принципе создано новое лекарство. Лечебная доза дофамина в новом лекарстве значительно ниже, чем аналогичная по эффекту доза L-ДОФА, что значительно уменьшает опасность побочных эффектов. Прототип лекарства проверен на животных и апробирован в клинике. В дальнейшем были разработаны и другие препараты, в том числе для лечения депрессии, мигрени и боли. Разрабатываются также средства с гипотензивным и противосудорожным действием.
Применение в клинике супероксида и Н2О2, как и создание лекарств нового поколения стали возможными только благодаря открытию действующего начала аэроионов – супероксид-радикала O2•—. Поэтому в завершение мы обратимся к замечательному высказыванию американского биохимика Э. Рэкера о том, что «нет ничего практичнее хорошей теории». Сейчас очень многое прояснилось, но в этой ясности заложены 35 лет занятий аэроионами, супероксидом и его производными. Занятий, открывших новые перспективы применения супероксида в медицине.
