Антиречовина та безсмертя - МедНовости
Луїс Соколофф - американець, народжений 1921 року в сім'ї емігрантів з України. Своє прізвище він вимовляв із наголосом на першому складі.
Виріс у Південній Філадельфії, де на той час хлопчику з Третьої вулиці краще не з'являтися на Другій. І якщо з прибульцем відбувалися цілком передбачувані неприємності, хлопці з Третьою починали жорстоку перестрілку з рогаток із сусідами. Траплялися каліцтва до втрати очі. У школі ворожнеча набирала форми змагання в успішності, де Луїс здобув перемогу, закінчивши з найкращим балом. Це давало право на бюджетне місце в університеті штату Пенсільванія. Там Соколофф зацікавився клітинною біологією, працював лаборантом. І бути йому порівняно далеким від медицини генетиком, не почнися Друга світова війна.
Як Будда пішов із психіатрії
Коли 1943-го американська армія висадилася в Європі, навіть бакалаврів закликали рядовими. Науковий керівник порадив Соколоффу подати документи до медичної школи при тому самому університеті, щоб отримати право на відстрочку. Готували там військових лікарів, з стройовою підготовкою, читанням карт та протитанковими навчаннями. Поки йшов прискорений курс, війна закінчилася, але Соколофф залишався військовослужбовцем, і його чекала інтернатура, також прискорена, рік 9 місяців. По черзі інтерни практикувалися у хірургії, акушерстві та гінекології, лабораторних дослідженнях, неврології та психіатрії.
Як найінтелектуальніший напрямок, Соколоффу імпонувала психіатрія. Госпіталі були забиті контуженими із бойовим неврозом (посттравматичним розладом), який лікували психоаналізом. Його ефективність так захопила Соколоффа, що він зголосився дослужувати певний термін як військовий психіатр.
Але дуже скоро закралисясумніви в універсальності психотерапії Чи не відбуваються в інших випадках такі зміни роботи мозку, які не виправиш словом?
Відхід нашого героя з психіатрії дещо нагадує легенду про Будду. Батьки приховували від царевича Сіддхартхі існування страждань, оточуючи лише здоровою та веселою молоддю. Його уявлення про світ перекинулося, коли він у 29 років вибрався з палацу і зустрів спочатку старого, потім паралітика та нарешті небіжчика. Приголомшений царевич пішов з палацу, прийняв ім'я Гаутама, став вивчати філософію, нарешті досяг просвітлення і став Буддою.
Шлях Соколоффа визначили кілька його пацієнтів: солдат, який раптово навчився володіти паралізованою рукою; поранений із амнезією, який раптом згадав своє життя; і німфоманка, яка спокійно відмовилася від сексу на час Великого посту.
Такі раптові зміни у роботі мозку мали мати якесь пояснення. Соколофф запитав: «Що відбувається з мозком під час панічних атак?» Психоаналітики, починаючи з Фрейда, лікували напади страху, не осягаючи їхньої фізичної основи. Тим часом панічні атаки матеріальні виявляються при електроенцефалографії. Але що означає її дані? Які нейрони працюють неправильно, змінюючи електричну активність всього мозку?
Будда у своїх духовних пошуках прийшов до того, що розум людини – це не річ, а свідомість не піддається виміру та обчисленню. Соколофф, навпаки, вирішив виміряти роботу мозку та оцінити її математично. Після закінчення військової служби в 1949 році він прийшов до викладача своєї медичної школи доктора Сеймура Кеті, який в університетській лабораторії вимірював обсяг і швидкість кровотоку в судинах мозку.
Як мучилися котики в ім'я науки
Момент виявився вдалим: Кеті якразотримав грант на нове дослідження, і він мав вакансію. На таку зарплату можна було найняти двох лікарів, але подумавши, Кеті віддав Соколофф всю ставку, тому що ентузіазму юного лікаря вистачало на двох.
Вимірюючи кровотік та порівнюючи концентрацію газів в артеріях та венах, вони встановлювали витрату кисню в мозку. Чим ця величина вища, тим більше виробляється та споживається енергії. Виявилося, що падає вона лише при комі або непритомності. Мозок сплячого спалює стільки ж кисню, скільки мозок неспання, і шизофренік у цьому відношенні не відрізняється від здорового індивіда.
Ідея полягала в тому, що при інтенсивному спостереженні кисень та інші гази активніше поглинають із крові ті центри мозку, які відповідають за зір та обробку сигналу. У кров вводили радіоактивний йод-131, у формі газоподібного трифторіодметану: гази долають гематоенцефалічний бар'єр, який захищає мозок від домішок, що випадково потрапили в кров. Щойно ізотоп збирався у зоровому центрі, тварині відрубували голову. Мозок заморожували та розрізали на тонкі платівки. Потім кожну платівку накладали на рентгенівську плівку, яка засвічувалася під багатими на ізотоп ділянки. Виходила свого роду томограма.
Щоб показати відмінності в роботі мозку нормальної та хворої тварини, деяким кішкам зашивали одне око. До того ж робити це доводилося без анестезії, бо стимулювати зоровий центр під наркозом безглуздо. Отримані знімки стали першою у світі візуалізацією мозкової активності.
На цей досвід пішло п'ять років наполегливої праці, і він лише підтверджував давно відоме. Фізіологи та психіатри встановили зону відповідальності кожного клаптика мозку ще до Першої світової, коли вистачало поранених у голову.
Як дізнатися, хто в будинку головний
Самому Соколоффу дослідження кровопостачання області мозку було спробою вивчати побут водопроводом і каналізації. Ось встановлено, скільки мешканці нашої квартири витратили води, коли вони стирають білизну і на що хворіють. Але главу сім'ї так не виявиш: для цього треба знати, скільки кожен із нас витрачає грошей.
Усередині мозку є одна ходяча монета – глюкоза. Коли 1957 року Соколофф писав розділ для довідника з фізіології, він показав, що цукру — єдине джерело енергії для клітин мозку. Білки та жири не проходять гематоенцефалічний бар'єр. Здавалося б, досить згодувати тварині глюкозу з радіоактивним вуглецем, і потім дізнатися, яка з клітин більше її накопичила. Але не тут було. Глюкозу в мозку витрачають так само швидко, як зарплату в магазині: за півтори хвилини від неї залишається вуглекислий газ, який виводиться з кров'ю.
Випадково, працюючи на зовсім іншій темі, Соколофф дізнався, що дезоксиглюкоза, яка відрізняється від глюкози відсутністю одного атома кисню, викликає комусь. Розробляти її швидко ферменти нейронів не вміють, і вона накопичується. Це ніби зарплату видавали не готівкою, а цеглою — їх треба ще продати, на що потрібен час. Соколофф запам'ятав це з'єднання.
Від думки помітити його радіоактивним вуглецем-14 довелося відмовитись: цей ізотоп живе довго, бо розпадається повільно. Більше радіоактивні важкі метали не пройдуть гематоенцефалічний бар'єр. Потрібно, щоб сама клітина мозку стала джерелом радіації, яку може засікти прилад. Соколоффу потрапила робота хіміків Брукхейвенської лабораторії про антиречовину.
Як літала антиречовина
Що таке антиречовина або антиматерія, ми до кінця не розуміємо. Можливо, це матерія, яка рухається нам назустрічу часі: з майбутнього у минуле. Електрон в антисвіті має позитивний заряд і називається позитроном. Коли він утворюється при розпаді, наприклад, ізотопу фтор-18, то негайно анігілює з першим електроном, що попався. При цьому вся маса обох частинок перетворюється на енергію, що випускається у формі гамма-випромінювання. Щоб влаштувати зустріч з антисвітом усередині мозку, можна замінити атом водню в дезоксиглюкозі на атом радіоактивного фтору-18: хімічні властивості майже ті ж, а гематоенцефалічний бар'єр підміни не помітить.
Виявилося, 1973-го на кафедрі ядерної медицини в тій же лікарні зробили томограф зі лічильником, здатним обертатися навколо голови пацієнта, знімаючи показання шар за шаром.
Як онкологи забрали ПЕТ собі
Оскільки досвід вели неврологи, вони першими використовували позитронну емісію у клініці. При хірургічному лікуванні епілепсії є проблема пошуку специфічного вогнища, яке спричиняє судоми. У проміжках між нападами він споживає глюкози менше за норму, тому виявляється за допомогою ПЕТ, після чого можна провести його деструкцію.
Повідомленням нейрохірургів зацікавилися онкологи, про які Соколофф і не думав. Згадали ефект, відкритий Отто Варбургом ще 1931 року: ракові клітини активно споживають глюкозу, це їхнє улюблене джерело енергії. Якщо всі інші методи дозволяють просто побачити пухлини, то тепер можна дізнатися про життєздатність ракових клітин: вони загинули після курсу хіміо- або радіотерапії або продовжують поглинати глюкозу.
Як стало зрозуміло широке практичне застосування, знайшлися величезні гроші на вдосконалення позитронно-емісійної томографії. За 10 років винайшли способи здешевити виробництво ізотопу та прискорити його введення в дезоксиглюкозу.
Крокнулавперед і наука про клітинні мембрани. Ми довідалися, на що нейрони витрачають свою глюкозу. Виявилося, лише на переміщення через мембрану іонів: натрій в один бік, калій в інший. Наші рухи, думки, почуття та спогади виникають від того, що нервові клітини качають іони. А коли вони перестають це робити, виникають паркінсонізм чи хвороба Альцгеймера, настає старіння та сама смерть.
Що якщо, поки людина залишається, встановити за допомогою позитронно-емісійної томографії, скільки кожна клітина витратила глюкози на якийсь довільний момент? Зробити миттєву фотографію роботи мозку з усіма рефлексами, емоціями, роздумами; завдавши її на тривимірну карту розташування нейронів, отримати цифрову копію свідомості індивіда. І таким чином обезсмертити його особу, хоча б у комп'ютерній пам'яті.
Ця ідея незмінно викликала у Соколоффа посмішку. Принаймні при сторонніх.
Джерела та додаткова література