Полезные и вредные молекулы: как витамины и лекарства влияют на наше состояние

Жизнь человека способна изменить одна молекула — так звучит главная идея когнитивного невролога Сары Мэннинг Пескин. В своей книге «В молекуле от безумия: истории о том, как ломается мозг» она рассказывает истории людей с неврологическими заболеваниями, объясняя, что именно их вызвало. В каждом случае речь шла об определенной молекуле — будь то ДНК, белки, витамины или вредные вещества извне. Книга вышла в феврале в издательстве «Альпина Паблишер», Inc. публикует ее отрывок — о влиянии витаминов и других веществ на организм человека.

Уклонисты и захватчики

Мы узнали, какую угрозу может нести в себе самая большая молекула — ДНК. Мы увидели, какие мучения причиняют молекулы белка, настолько огромные, что в XIX веке ученые сомневались, может ли отдельная молекула иметь такой размер.

Но если мы хотим, чтобы история о том, как ломается мозг, была полной, нельзя обойти вниманием еще одну группу молекул. Речь о малых молекулах, которые не слишком впечатляют размерами, но столь же опасны для когнитивных способностей мозга. К малым относят молекулы, размеры которых превышают размер молекулы воды не более чем в 50 раз. Это название было придумано, чтобы отделить молекулы, способные легко проникать внутрь клетки и покидать ее пределы, от тех, которые для этого слишком велики. Средняя молекула белка в 50 раз превышает это пограничное значение. А самая маленькая из человеческих хромосом еще в 600 тыс. раз крупнее.

Молекулы, которые относятся к первой группе, я называю уклонистами, поскольку мы от них зависим и нам плохо, когда их не хватает. Классический пример таких молекул-уклонистов — это витамины. Они настолько важны для здоровья, что при недостатке какого-то из них мы можем заболеть. Ко второй группе малых молекул, которые я считаю «захватчиками», относятся токсичные вещества из внешней среды, запрещенные наркотики и лекарственные препараты, то есть те вещества, которые в норме не должны присутствовать в нашем организме. Эти молекулы-захватчики проникают в мозг, нарушая работу нейронов, и тем самым воздействуют на наш разум.

Эксперимент с собакой

Идея молекул-уклонистов возникла еще в начале 1800-х годов, когда французский естествоиспытатель Франсуа Мажанди доказал: то, что мы едим, так же важно, как и то, сколько мы едим. Мажанди был знаменитым на весь мир специалистом в нейроанатомии. Он был известен тем, что препарировал еще живых животных, зачастую прикованных к операционному столу.

В своих исследованиях, посвященных вопросам диетологии, Мажанди использовал менее жестокие, но такие же смертоносные методы. В те времена считалось, что для жизни человеку нужно употреблять в пищу азот, но достаточных подтверждений этому не было. Поэтому Мажанди купил собаку и стал кормить ее исключительно сахаром — продуктом, который считался питательным, но не содержал азота. Первые две недели собака жадно пожирала сахар, а потом начала болеть. За несколько дней она потеряла большую часть своего веса. Через шкуру проступили ребра. На одном глазу появилась язва. Всего через месяц такой однообразной диеты собака сдохла. Мажанди провел такие же эксперименты с другими продуктами, не содержащими азота, такими как оливковое или сливочное масло. Ни в одном из них собака не смогла выжить.

Мажанди и его коллеги поспешили сделать вывод, что собаки умерли от того, что не получали достаточного количества белка, тех самых молекул, богатых азотом, которые были открыты Антуаном де Фуркруа в разгар Французской революции. Сегодня мы сразу видим, в чем состояла ошибка этой теории: продукты, выбранные Мажанди, не только были бедны белком, но и не содержали тех витаминов и минералов, которые, как теперь известно, жизненно необходимы. Причиной смерти собак стал не столько недостаток белка, сколько отсутствие целого ряда важнейших питательных элементов.

Мажанди к тому времени уже умер, а его эксперименты оказались навечно вписаны в законодательство против жестокого обращения с животными.

В конце концов ученые поняли, что в рационе должно присутствовать несколько необходимых питательных веществ. От цинги, как известно, возникающей из-за несбалансированного питания, лечились цитрусовыми соками, в которых вообще нет белка. В Швейцарии отважные физиолог и химик смогли подняться на гору после приема пищи с низким содержанием белка. Если бы дело было только в белках, на такое восхождение у них не хватило бы энергии.

13 важных витаминов

В начале XX века эту область окончательно переосмыслил Казимир Функ. Он был замкнутым по натуре ученым, проводившим свои исследования в шести разных странах в попытках убежать от растущего в Европе антисемитизма. Он родился в Польше, в Варшаве. В известную государственную школу его не приняли из-за вероисповедания, но он окончил частную школу с наилучшим результатом, а к 20 годам уже защитил докторскую диссертацию по химии.

В своей самой известной работе Функ писал, какие заболевания возникают у человека в случае недостатка того или иного питательного элемента. Он предполагал, что существует целый ряд заболеваний, вызванных отсутствием одной определенной азотсодержащей молекулы. Эти необходимые для здоровья питательные вещества он назвал витаминами (vitamines), соединив слова vital, что значит «жизненно важный», и amine. Последняя часть слова указывает на сочетание атомов азота и водорода — по мнению Функа, оно было общей особенностью всех подобных молекул.

Функ утверждал, что недостаток каждого витамина приводит к появлению определенного набора симптомов. Он предположил, что развитие некоторых болезней, причины которых установить пока не удается, может быть вызвано дефицитом некоего пока не открытого витамина. Впоследствии другие ученые доказали, что эта теория верна.

Отчасти благодаря энтузиазму самого Функа в начале XX века толпы исследователей обратились к нутрициологии. Всего за 35 лет их общими усилиями были открыты 13 витаминов — впечатляющий темп, особенно с учетом того, что за этот период научный прогресс дважды останавливался из-за мировых войн. Сам Функ едва не стал жертвой Холокоста. Всего за несколько месяцев до оккупации Франции нацистами он вместе с семьей бежал из Парижа, оставив в Европе все свои химикаты, лабораторное оборудование и книги. Свою научную карьеру он продолжил в США и умер в Нью-Йорке в 1967 году.

Теперь мы знаем, что, как и предполагал Функ, дефицит каждого из 13 жизненно важных витаминов приводит к возникновению определенного синдрома.

Витамины, о самом существовании которых до эпохи Функа ученые имели весьма смутное представление, теперь стали одной из самых широко изучаемых тем в нутрициологии.

Читать также

Нужно ли здоровому человеку принимать витамины? Разбираемся с помощью научных исследований (спойлер — не нужно)

Виноваты молекулы

Идея о существовании витаминов или других молекул-уклонистов появилась лишь в последние несколько веков, а вот в существование «молекул-захватчиков» человечество верит давно. Нам с незапамятных времен известно, что проглатывание, курение или вдыхание так называемых лекарств способно повлиять на здоровье. Люди начали использовать лекарственные растения еще в период палеолита, 60 тыс. лет назад, если не раньше. В документах, написанных в 1550 году до н. э., говорится о приеме пилюль, способствующем выздоровлению. И даже первый синтетический медицинский препарат был выпущен более века назад.

В наши дни половина всех жителей США принимают хотя бы по одному лекарственному препарату по назначению врача. А целых 12% употребляют пять и более рецептурных препаратов в месяц. 90% этих лекарств состоят из малых молекул. И хотя за последние 10 лет все больше внимания уделяется биопрепаратам, созданным из белков и молекул, напоминающих молекулы ДНК, они все еще составляют меньшую и плохо регулируемую долю рынка. В отличие от белков или ДНК, малые молекулы более устойчивы к нагреванию, их проще очистить и легче расфасовать по таблеткам. Все эти свойства делают их более удобными в производстве и распространении среди пациентов.

Многие лекарства на основе малых молекул-захватчиков могут приводить к серьезным последствиям для мозга. Малая молекула, которую применяют при лечении тремора, вызванного болезнью Паркинсона, провоцирует пристрастие к азартным играм, так что пациент за несколько недель может проиграть все свое имущество. Малая молекула, призванная лечить судороги, вызывает затруднения с выбором слов, которые все время так и вертятся на языке. Даже во многих снотворных, отпускаемых без рецепта, действующее вещество замедляет мыслительную деятельность и может повысить риск развития деменции.

Поскольку большинство людей не афишируют список своих лекарств, мы знакомимся друг с другом, не представляя, как на нашем общении отразится действие малых молекул, которые мы принимаем.