Гомеостаз — почему простые решения не работают

В «содовом» и «сахарном» мифах о раке причудливо переплелись научная правда и народный вымысел. Эффект Варбурга приводит к тому, что раковые клетки поглощают глюкозу в несколько раз активнее здоровых тканей и, интенсивно производя молочную кислоту, закисляют среду вокруг себя — это факты, с которыми одинаково согласны и ученые-онкологи, и мифотворцы. Но выводы, которые они из этих фактов делают, различаются, и очень сильно. В своих представлениях о том, что можно легко «подкислить» или, напротив, «защелочить» организм и убить рак, сократив поступление глюкозы с пищей, творцы «альтернативной» медицины фокусируют свое внимание на опухоли и упускают из виду, что та растет не в пробирке, а в живом человеческом теле. А живое отличается от неживого в том числе и способностью к поддержанию постоянства внутренней среды, вопреки воздействию окружения и, в частности, вопреки необдуманному вмешательству «альтернативщиков».

Камень или вода всегда имеют температуру окружающей среды, а млекопитающие способны поддерживать температуру своего тела на одном и том же уровне и в холод, и в жару. Мокрая тряпка испаряет воду на солнце за считаные минуты, а животные (особенно те, что приспособились к жизни в жарком климате) способны обходиться без воды несколько дней и не высыхать. Промойте пересоленную вермишель несколько раз в чистой воде, и она «отдаст» большую часть соли, но мы спокойно купаемся в реках и принимаем ванны, и содержание солей в нашем организме от этого не меняется. Свойство живой материи в любых условиях «оставаться собой» называется гомеостазом. У разных организмов оно развито в различной степени, но так или иначе присутствует у всех — от бактерий до человека. Именно благодаря этому свойству живого возможна клиническая медицинская диагностика. Активность сердечной мышцы и состав крови у большинства здоровых людей находятся в довольно узких «границах нормы», и выход значений тех или иных показателей жизнедеятельности за их пределы, как правило, указывает на заболевание.

Случайно ли это свойство? Разумеется, нет. Жизнь многоклеточного организма требует согласованности миллионов молекулярных реакций и биохимических превращений, и для того, чтобы такая сложная система не пошла вразнос, в ней должны быть зафиксированы самые важные параметры, такие как температура и показатели кислотности (рН).

Температура прямо влияет на скорость протекания химических реакций. Как известно из школьного курса химии, при повышении температуры на 10° скорость химической реакции возрастает в два — четыре раза (правило Вант-Гоффа), но, что еще более важно для биологических систем, подъем температуры выше 40° приводит к нарушению нормального функционирования белков. А поскольку «жизнь есть способ существования белковых тел», то с разрушением белков она прекращается.

Но белки чувствительны не только к температуре, но и к показателям кислотности среды. Даже слабое (по химическим меркам) изменение этого параметра способно сильно повлиять на активность белков-ферментов. Поэтому большинство жидкостей человеческого тела (кровь, лимфа, тканевая жидкость) представляют собой буферные растворы. Они способны нейтрализовать значительное количество кислоты или щелочи и удерживать рН на нормальном уровне (для крови нормальным считается слабощелочной рН от 7,36 до 7,44; рН чистой дистиллированной воды равен 7,00).

Впрочем, к содовому мифу эта способность организма поддерживать кислотность на одном уровне большого отношения не имеет. Сода, поступившая с пищей или питьем, просто не попадет в кровеносную систему, она вся будет нейтрализована кислотой желудочного сока. Собственно, именно в этом качестве — нейтрализатора избытка кислоты, который дает о себе знать как изжога, — сода и использовалась в медицине при расстройствах пищеварения до появления более эффективных препаратов. Но кислотность желудочного сока никак не влияет на основные биохимические показатели крови. И хорошо, что не влияет! Иначе бы любой гастрит с повышенной или, напротив, пониженной кислотностью (да что гастрит — лишний стакан лимонного сока) сводил бы человека в могилу. Выпив большое количество раствора соды, можно вконец расстроить пищеварение (переваривание белков требует кислой среды), но показатели крови и состав омывающей опухоль тканевой жидкости при этом никак не изменятся.

Уровень глюкозы в крови — более гибкий параметр, чем температура или кислотность, поэтому анализ «на сахар» в лабораториях обычно делается натощак. Однако если повышение уровня глюкозы после приема пищи вполне нормально для организма, то падение уровня сахара в крови ниже определенного показателя — это сигнал бедствия, который сопровождается такими очевидными симптомами, как слабость, головокружение, а в тяжелых случаях — потеря сознания и впадение в кому.

К счастью, такие случаи очень редки и обычно свидетельствуют о каком-то серьезном заболевании. В здоровом организме присутствует надежная «защита от дурака», взломать которую можно лишь с риском для жизни. Основным потребителем глюкозы в человеческом организме является его «центр управления» — головной мозг, и он будет обеспечен питанием буквально «любой ценой». Так, человек может вообще не прикасаться к сладкому и питаться почти исключительно белковой пищей (мясом и рыбой), как делают последователи некоторых диет и северные народы, — уровень сахара у него в крови останется в среднем таким же, как у любого европейца, — в глюкозу просто будет переработан излишек аминокислот. Да что диета — даже у человека, буквально умирающего от голода, уровень сахара в крови до последнего будет поддерживаться на достаточно высоком уровне. Организм пустит в расход не только жировую, но и мышечную ткань, лишь бы обеспечить головному мозгу достаточное питание, рассчитывая, что тот что-нибудь придумает и найдет выход из этой угрожающей ситуации.

Бессмысленно (и просто опасно) пытаться воздействовать на состояние здоровья перенастройкой таких базовых параметров человеческого тела, как кислотно-щелочной баланс и уровень сахара в крови. Однако правильно изменив свои пищевые привычки, можно действительно нормализовать обменные процессы в организме и снизить вероятность целого ряда раковых заболеваний.

 ФАКТ: основным механизмом поддержания гомеостаза в живых системах выступает механизм отрицательной обратной связи, работающий на то, чтобы при любом отклонении стремиться вернуть систему в исходное состояние. Например, при повышении уровня глюкозы в крови поджелудочная железа начинает производить гормон инсулин. Инсулин усиливает поглощение глюкозы клетками печени, жировой ткани и мышц, в результате чего уровень сахара в крови снижается до нормальных значений. Эта система регуляции нарушается при диабете.

Лирическое отступление

Митохондрия — история одной органеллы

В главе, посвященной апоптозу, мы уже упоминали о митохондриях. Именно разрушение этих органелл служит стартовым сигналом для активации одного из механизмов запланированной гибели клеток. Но основной функцией митохондрий в клетках является все-таки энергетическая. Во внутренней мембране этой органеллы находится сложный белковый комплекс АТФ-синтаза, который использует энергию, получившуюся при окислении глюкозы для синтеза АТФ.

Говоря о многоклеточном организме, невозможно обойти тему симбиоза — взаимовыгодного сотрудничества живых объектов. Но, оказывается, ядерная клетка, будучи элементарной единицей живого, сама по себе является примером симбиоза нескольких клеток, частично «растворившихся» в единой (клеточной) структуре, однако сохранивших при этом некоторую обособленность. В отличие от других органелл, митохондрии и хлоропласты (у растений) не просто комплексы макромолекул. Это древние бактерии, поселившиеся в клетках ядерных организмов так давно, что даже их геномы успели отчасти слиться с нашими. Несмотря на то что в митохондриях есть собственная ДНК (кольцевая, как и положено у бактерий), многие гены, необходимые для ее нормального существования, сохраняются в ядре.

Предположение о симбиотической природе связи между митохондриями и клетками ядерных организмов (эукариот) было сделано еще в конце XIX века, но лишь открытия второй половины ХХ века позволили перевести эту смелую гипотезу в разряд доказанных. Кстати, хотя во многих областях эволюционной биологии традиционно приходится жаловаться на отсутствие или дефицит промежуточных форм, митохондриальной теории и здесь повезло. В природе до сих пор сохранились организмы, имитирующие промежуточные формы на пути к образованию митохондрий из бактерий. Например, примитивная амеба Pelomyxa не имеет митохондрий, но содержит в своей цитоплазме эндосимбиотические бактерии, которые выполняют в ней те же самые — энергетические — функции. Кроме того, как оказалось, даже в многоклеточных организмах митохондрии порой мигрируют из клетки в клетку, демонстрируя таким образом свою относительную независимость.

Наследование митохондрий отличается от обычного наследования при половом размножении, когда одна половина генома нового организма происходит из организма отца, а другая — из организма матери. При оплодотворении яйцеклетки внутрь проникает только ядерная ДНК сперматозоида, а отцовские митохондрии — нет. Поэтому митохондрии наследуются лишь по женской линии, и, что поразительно, все они, присутствующие в современном человечестве, по-видимому, восходят к одной-единственной женщине, жившей в Африке около 200 000 лет назад. В популярной литературе она получила прозвище «митохондриальная Ева», хотя изначально исследователи, обнаружившие этот феномен, предлагали назвать ее Lucky Mother — «удачливая мама». Эта женщина стала единственной, чьи потомки по женской линии дожили до наших дней. Но не стоит отождествлять «митохондриальную Еву» с одноименной библейской героиней. Одновременно с ней, вне всякого сомнения, жили и другие женщины, просто их митохондриальные ДНК до нашего времени не сохранились (например, потому, что у них не было дочерей, только сыновья), хотя при этом от них современным людям могли достаться другие фрагменты ядерной ДНК.

В малом митохондриальном геноме так же, как и в «большом» — ядерном, порой случаются поломки, которые приводят к развитию тяжелых заболеваний, таких как синдром Барта, синдром Лея, митохондриальная энцефаломиопатия, особая миоклоническая эпилепсия. Эти генетические нарушения неизбежно передаются от женщины с дефектными митохондриями ее детям.

Болезни митохондриального происхождения по большей части не лечатся. Но недавно появилась медицинская методика, позволяющая предотвращать их. В настоящее время она уже разрешена к использованию в Великобритании, а вскоре, вероятно, широко распространится по миру. Суть этой методики, являющейся разновидностью экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), заключается в том, что ядро яйцеклетки женщины с дефектом митохондрий перемещают в донорскую, здоровую, яйцеклетку, а затем оплодотворяют, как обычно. У ребенка, родившегося в результате такой операции, фактически получается три родителя — два «ядерных» и один «митохондриальный», но главное, что он полностью свободен от риска развития материнской патологии! Этот метод — большой шаг на пути оздоровления человечества и радость для множества людей, ответственно подходящих к родительству и не желающих передавать детям свои недуги.