Книга будет интересна тем, кто хочет разобраться в механизмах стресса, чтобы принимать более осознанные решения о питании, тренировках и рабочей нагрузке
Об авторах:
- Доктор Ричард Маккензи — профессор, исследователь инсулинорезистентности и метаболизма человека в Университете Рохэмптона в Лондоне, руководитель исследований метаболических нарушений в клинике. Опубликовал более 40 статей, в основном по вопросам инсулинорезистентности и диабета, консультант компании, разрабатывающей устройства для мониторинга уровня глюкозы.
- Питер Уокер — заместитель главного редактора Guardian, известный комментатор, ведущий.
Все знают, что хронический стресс вреден для здоровья. Но несмотря на множество советов и рекомендаций мы не можем перестать нервничать. Проблема в том, что мы не знаем, как на самом деле стресс воздействует на тело и психику. В этой книге профессор, специалист по инсулинорезистентности и обмену веществ, доктор Ричард Маккензи и научный журналист Питер Уокер рассказывают все о гормонах стресса.
«РБК Тренды» публикуют главу из книги «Нервы на пределе: Почему стресс — не слабость, а биология и что с этим делать». Материал подготовлен в коллаборации с издательством МИФ.
Гормоны и их влияние на жизнь
Наука о гормонах — эндокринология — сформировалась относительно недавно. Первые простейшие эксперименты, изучавшие воздействие гормонов на организм, были проведены в 1848 году, а само слово «гормон» появилось в 1905 году. Хотя принцип действия гормонов довольно прост для понимания, спустя полтора века после тех первых экспериментов мы по-прежнему многого о них не знаем.
Выражаясь максимально просто, гормоны — это сигнальные молекулы, которые разносятся по организму через кровоток. Они оказывают действие, лишь связываясь с определенными рецепторами, находящимися либо на поверхности клеток, либо внутри них. Взаимодействие гормонов и рецепторов вызывает клеточную реакцию, что приводит к физиологическим изменениям в организме.
На сегодня известны более пятидесяти природных гормонов. Все они вырабатываются тремя компонентами эндокринной системы. Первый компонент — железы, например шишковидная железа и гипофиз в мозге, щитовидная железа, расположенная на шее спереди, и надпочечники, находящиеся над почками. Следующий компонент — эндокринные органы: к ним относятся вырабатывающая инсулин поджелудочная железа, яички и яичники, а также жировая ткань. Последний пункт может показаться странным, но далее мы увидим, что жир — это не просто бездействующие «запасы» организма: он активно участвует в метаболизме и влияет на вес и здоровье.
Расположенный в глубине мозга гипоталамус выполняет важную координирующую функцию и вырабатывает так называемые гормоны-стимуляторы, побуждающие к действию другие части эндокринной системы, и гормоны-ингибиторы с противоположным действием. Гипоталамус также вырабатывает собственные гормоны. Его называют то эндокринной железой, то органом, а некоторые не относят ни к одному из этих понятий.
Кроме того, существуют органы, которые производят гормоны, но обычно занимаются в организме другим делом, поэтому их не считают полноценными участниками эндокринной системы. Это печень, сердце и пищеварительный тракт. В последние годы к эндокринным органам начали причислять и скелетные мышцы. Мышцы вырабатывают вещества миокины, строго говоря, не являющиеся гормонами (это белки), но участвующие в выполнении ключевых функций: регуляция метаболизма глюкозы, обеспечение прочности костей и многое другое. Миокины — связующее звено между мышечной системой и другими органами: мозгом, печенью, жировой тканью. Это относительно новое научное открытие. Первый миокин выделили менее двадцати лет назад, и ученые до сих пор изучают влияние этих белков на снижение симптомов стресса и повышение эффективности инсулина.
Роль гормонов огромна: благодаря им обеспечиваются развитие и рост организма, а также управление репродуктивной системой, иммунной системой, обменом веществ со всеми его составляющими — от баланса сахара в крови, температуры тела и частоты сердечных сокращений до настроения и цикла сна. Каждая система организма поддерживается в равновесии различными гормонами, и все они работают согласованно. В здоровом, функциональном организме гормоны представляют собой сложную саморегулирующийся и постоянно адаптирующийся комплекс веществ, способный приспосабливаться как к внешнему воздействию, так и к внутреннему состоянию. Нарушить этот баланс очень легко: болезни, факторы образа жизни и стресс легко выводят систему из равновесия.
Эндокринология возникла недавно, и в этой области еще много неизученного. Затрагивающая весь организм тонкая работа гормонов десятилетиями плохо поддавалась пониманию и служила плодотворной почвой для всевозможных упрощений и безумных теорий. Подобно стрессу, гормоны становились не только биологическим, но и культурным феноменом.
Первый эффективный эксперимент по изучению гормонов провели в августе 1848 года в Германии, и, поскольку в то время женщины в науке были огромной редкостью, не стоит удивляться, что он касался — мужских половых желез.
Немецкий хирург Арнольд Бертольд исколесил полмира и наконец осел в Геттингене, став лектором местного университета. Он взял шесть молодых петушков и поделил их на три пары. Одну пару кастрировали, у другой удалили одно яичко, а третью пару петушков кастрировали и пересадили им в брюшную полость яичко от второй группы.
Результаты оказались поразительными. Они были опубликованы в следующем году в берлинском научном журнале Archiv für Anatomie, Physiologie und wissenschaftliche Medicin («Архив анатомии и физиологии Мюллера»). После кастрации первые две птицы вели себя как типичные каплуны: так называют петухов, кастрированных или подвергнутых химической стерилизации в очень юном возрасте для улучшения качества мяса. Такие птицы обычно отличаются трусливым поведением, не проявляют интереса к самкам, и у них меняется голос. Птицы с одним яичком продолжали вести себя как обычные петухи, хотя после вскрытия обнаружилось, что оставшееся яичко значительно увеличилось в размерах по сравнению с нормой. Но главное: кастрированные птицы, которым пересадили яички от второй пары, не отличались от обычных особей — у них развились ярко выраженные бородки и гребешки, голос не изменился, и они вели себя как настоящие самцы.
При вскрытии птиц из третьей пары обнаружилось, что пересаженные железы обросли новой сетью кровеносных сосудов, функционировали как обычно и вырабатывали сперму. Этот эксперимент доказал, что для тестикул не существует специфического нерва, а секреты, которые они выделяют, попадают напрямую в кровоток.
Слово «гормон» впервые прозвучало в июне 1905 года в Королевском колледже врачей в Лондоне на лекции по эндокринологии английского физиолога Эрнеста Старлинга. Старлинг объяснил, что гормоны являются «химическими проводниками» и переносятся через кровоток «от органа, где вырабатываются, к органу, на который влияют». Старлинг проконсультировался со знаменитым филологом-классиком Уильямом Веси и придумал новое слово, образованное от древнегреческого ormao, «возбуждать».
Молодой (ему не было и сорока), харизматичный и, по всеобщему мнению, необычайно талантливый ученый Старлинг, известный, впрочем, своей резкостью, был «лицом» научного дуэта. Его второй участник — более скромный и непритязательный Уильям Бэйлисс. Ученые давно сотрудничали, дружили и даже стали родственниками: Бэйлисс женился на сестре Старлинга Гертруде. К моменту лекции 1905 года они уже совершили свое самое примечательное научное открытие. Неутомимые экспериментаторы, в 1902 году они сделали собаке под наркозом довольно неприятную хирургическую операцию, удалив нервы брюшной полости, чтобы проверить, продолжит ли поджелудочная железа вырабатывать пищеварительные соки при стимуляции извне. Эксперимент удался и дополнил гипотезу более знаменитого ученого, работавшего с собаками, — Ивана Павлова, считавшего, что выделение пищеварительных соков управляется нервами (за работы по физиологии пищеварения в 1904 году он удостоился Нобелевской премии).
Чтобы проверить альтернативную гипотезу — а Старлинг и Бэйлисс предположили, что поджелудочная железа выделяет вещества прямиком в кровоток, — ученые взяли образец из кишечника собаки после симуляции пищеварительного процесса и ввели его другой собаке. Поджелудочная железа второй собаки тут же активизировалась. Таинственное вещество назвали «секретином»: так оно называется и по сей день. Считается, что секретин — первый изолированный гормон, хотя, как мы далее увидим, это утверждение остается спорным.
Охота за гормонами
Секретин не относится к гормонам стресса, хотя, как и все элементы эндокринной системы, находится под воздействием стресса. Так, в одном исследовании обнаружилось, что концентрация секретина в кровотоке у группы военных кадетов, страдающих от недосыпания и прошедших длительное расстояние пешком, увеличивалась в 3–6 раз. А вот другой гормон, претендующий на звание первого описанного и изолированного гормона в истории медицины, непосредственно связан со стрессовой реакцией: это адреналин.
В 1880‑е годы Джордж Оливер, врач из Хэррогейта, города в графстве Йоркшир в Англии, начал серию экспериментов. Он изучал, как влияют на организм экстракты из желез животных. Говорят, что он проводил эксперименты на собственном сыне, но, возможно, это просто легенда. Обнаружив, что экстракт надпочечников повышает кровяное давление, Оливер продолжил свои исследования вместе с более опытным врачом Эдвардом Шефером. Он был профессором физиологии из Университетского колледжа в Лондоне и располагал лучшими лабораторными ресурсами. Проведя опыты на животных, а не на членах собственной семьи, ученые подтвердили, что экстракт надпочечников действительно повышает кровяное давление. Но главное открытие заключалось в том, что активное вещество вырабатывается в мозговом веществе надпочечников — адреналовой медулле. Сейчас мы знаем, что именно адреналовая медулла запускает реакцию «бей или беги».
Оливер и Шефер опубликовали свои выводы в 1895 году, и вскоре экстракты надпочечников стали использовать для уменьшения кровотечения в хирургии. Однако эти экстракты действовали грубо и часто вызывали аллергические реакции. Начались поиски более чистого вещества. Они увенчались успехом в 1901 году, когда другой, почти забытый ученый с необычной судьбой выделил адреналин — ключевой гормон стрессовой реакции, отвечающий за ее первичное звено: быстрое реагирование.
Адреналин
Адреналин в обиходе является синонимом самой простой стрессовой реакции: большинству людей хорошо понятна идея «выброса адреналина», вызывающего учащение сердцебиения и повышение концентрации.
Адреналин и норадреналин относятся к катехоламинам — химическим соединениям, обеспечивающим первичную, «быструю» фазу стрессовой реакции, описанную в первой главе. Будучи частью обширной гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, адреналин и норандреналин выделяются организмом в ответ на угрозу или шок, мгновенно повышают кровяное давление и пульс и вызывают резкий прилив энергии за счет мобилизации запасов глюкозы.
Дзекити Такаминэ родился в Японии в 1854 году, через год после того, как прибытие американских военных кораблей положило конец длительной изоляции страны от внешнего мира. Такаминэ получил образование в области химии и открыл фермент, способствующий расщеплению крахмала. Он переехал в США, создал одноименное лекарство — такадиастазу, запатентовал его как средство для улучшения пищеварения, продал лицензию фармацевтической компании и стал миллионером. На эти деньги Такаминэ оснастил собственную лабораторию в Нью-Йорке и с помощью коллег, в том числе сотрудников фармацевтической фирмы Parke-Davis, изолировал, а затем и наладил производство экстракта надпочечников — «экстрактивного продукта желез», впоследствии запатентованного под названием «адреналин».
Поскольку адреналин — коммерческое название лекарства, то это привело к небольшой путанице: у гормона два названия, адреналин и эпинефрин (его официальное научное название). Еще большая путаница связана с тем, что в США принято использовать название эпинефрин, хотя именно там он был запатентован как адреналин, в то время как в Великобритании и Европе гормон чаще называют адреналином.
Кто считается победителем гонки за открытие первого гормона: Такаминэ или дуэт Старлинга и Бэйлисса? Сложно сказать. Такаминэ первым опубликовал отчет о своем открытии в медицинском журнале, хотя впоследствии выяснилось, что его патентованный продукт также содержал норадреналин (или норэпинефрин), еще один гормон надпочечников с аналогичным действием. Но некоторые медики спорят, что, поскольку Такаминэ изолировал вещество из желез овцы, не наблюдая его физиологического действия, лавры должны принадлежать дуэту британских ученых. Как бы то ни было, это открытие ознаменовало начало новой эпохи со множеством коммерческих лекарств, «волшебных таблеток», а порой и откровенно мошеннических схем.
Гормональный бум
Вскоре адреналин начали применять в медицине, в основном для остановки кровотечения, а также для других целей, хорошо знакомых современным врачам, например для лечения астмы. Амбициозные врачи прошлого заявляли, что адреналином можно вылечить бубонную чуму и недержание мочи, а если ввести его на определенном сроке беременности, будущие родители смогут выбрать пол ребенка.
Как и в случае с ранними исследованиями Арнольда Бертольда, существовала определенная закономерность в том, что, помимо надпочечников, именно тестикулы станут одним из главных объектов изучения, и тут научный мир ждало несколько любопытных открытий. В 1890 году франко-американский физиолог Шарль-Эдуар Броун-Секар объявил, что ввел себе экстракт тестикул морских свинок и собак. Хотя ученому было уже далеко за семьдесят, к нему, по его словам, вернулась былая половая мощь: в одной публичной лекции он описал свой «визит» к супруге, которая была намного его моложе.
Эта идея быстро превратилась в выгодный бизнес. В 1920‑х годах французский хирург российского происхождения Серж Воронофф пересадил состоятельным пациентам пожилого возраста части тестикул молодых мужчин, казненных за серьезные преступления. Но поскольку количество тестикул преступников было ограничено, он постепенно стал использовать для тех же целей экстракты тестикул шимпанзе и мартышек. Более тысячи богачей сделали себе операцию по «пересадке обезьяньих желез», а Воронофф открыл в Италии ферму по разведению обезьян для этих операций.
Кульминацией гормонального бума стала деятельность австрийского эндокринолога Эжена Штейнаха, истинного первопроходца в изучении функций половых гормонов. По современным меркам Штейнах казался чудаковатым. Он продолжил незавершенные исследования Арнольда Бертольда и попробовал пересадить яичники кастрированным морским свинкам мужского пола и тестикулы — стерилизованным самкам. Далее он наблюдал, как эти операции влияли на поведение животных. Но, в отличие от Бертольда, Штейнах на этом не остановился. Он был другом Зигмунда Фрейда и увлекся идеей о том, что гормоны способны влиять не только на биологические характеристики организма, но и на психосексуальные особенности личности. В своих экспериментах он использовал неопустившиеся третьи яички, удаленные у мужчин в ходе стандартной, но редкой хирургической операции, и пересаживал их другим мужчинам, стараясь изменить их сексуальное влечение; он утверждал, что операция помогла им испытывать влечение к женщинам. Самое популярное изобретение Штейнаха якобы тоже имело эндокринологическое обоснование. «Операция по омоложению Штейнаха», по сути, являлась частичной вазэктомией: в ходе двадцатиминутной мини-процедуры выполнялась перевязка одного из двух семявыносящих протоков. Штейнах полагал, что у мужчин более старшего возраста таким образом «омолаживаются» половые железы, что приводит к повышению сексуальной активности. На самом деле единственным эффектом этой операции был эффект плацебо. Она даже не приводила к стерилизации, в отличие от полной вазэктомии. Впрочем, Штейнах считал иначе. В своей книге Sex and Life он писал, что после этой операции пациенты из «вялых, немощных, слюнявых стариков» превращались в «мужчин в самом расцвете сил», выкидывали очки для зрения, брились дважды в день, таскали стокилограммовые тяжести и даже предавались таким юношеским развлечениям, как покупка земли во Флориде.
Сейчас все это кажется абсурдом, но в свое время к Штейнаху выстраивалась очередь из знаменитых пациентов. В их числе был и его друг Фрейд, который сделал операцию по перевязке семявыносящего протока в 1923 году, в возрасте шестидесяти семи лет. Ирландский поэт и писатель Уильям Батлер Йейтс отважился на такую же процедуру десятью годами позже, в 1933 году, в возрасте шестидесяти девяти лет. Его друзья переживали, что процедура окажется такой же бессмысленной, как «пересадка мотора от кадиллака в форд». Однако Йейтс утверждал, что операция вернула ему творческую энергию и подарила «второй пубертат», а ирландские газеты прозвали его «стариком с юношескими железами».
Со временем эндокринология превратилась в большой бизнес. В 1917 году в Нью-Йорке было основано Общество эндокринологии, которое и сегодня остается крупнейшей организацией эндокринологов. В том же году учредили Ассоциацию изучения органов внутренней секреции. Всего через семь лет в брошюре одной американской фармацевтической компании уже значилось 116 гормональных препаратов, в том числе лекарства на основе адреналина от геморроя и тошноты, средства от запора на основе гормонов гипофиза, а также экстракты тестикул для лечения эпилепсии, холеры, туберкулеза и астмы.
Теория о том, что гормоны способны влиять на различные человеческие характеристики, в том числе когнитивное поведение и даже личность, вызвала огромный общественный интерес. Возникло околонаучное направление психоэндокринологии, находившееся под сильным влиянием теорий Фрейда. Главой этого направления стал еще один пионер изучения гормонов, в чьей деятельности серьезные научные прорывы соседствовали с откровенно странными идеями.
Луис Берман был известным нью-йоркским врачом: он лечил Джеймса Джойса и Эзру Паунда. Уважаемый ученый-эндокринолог из Колумбийского университета, Берман опубликовал несколько десятков научных работ и первым изолировал гормон (вероятно, речь идет о паратгормоне), который выделялся крошечными паращитовидными железами, расположенными в шее, и регулировал уровень кальция в организме. Однако, по словам одного историка, Берман «смело экстраполировал» свои идеи и имел склонность доводить до абсурда реальные научные знания. Так, он убедил себя, что индивидуальный гормональный баланс человека формирует его личность, и написал несколько бестселлеров, изложив в них свою теорию, поэтично и с претензией на научность названную «химией души». Он заявлял, что люди принадлежат к одному из нескольких типов в зависимости от доминирующих эндокринных желез.
Берман сформулировал опасную теорию о том, что у различных этнических групп работа эндокринных желез значительно отличается, а также утверждал, что «эндокринная конституция» человека написана у него на лице. Он провел много времени, изучая заключенных в нью-йоркской тюрьме Синг-Синг, и настаивал, что причина криминальных склонностей — особый гормональный баланс (наука не выявила уникального «гормонального профиля» преступников, но в исследованиях находят некоторые закономерности — Прим. науч. ред.). У убийц, по мнению Бермана, надпочечники и тимус (вилочковая железа, играющая важную роль в иммунной системе) выделяют избыток вещества, тогда как у воров якобы наблюдается недостаток половых гормонов.
Как ясно из названия его книги 1938 года New Creations in Human Beings, идеи Бермана впоследствии развивались в сторону евгеники. Если гормоны определяют нашу личность, писал он, значит, их можно изменить: «Мы сможем детально управлять человеческими способностями и создать идеального человека. Единственная проблема будет заключаться в определении «идеального типа».
Суд столетия
Подробности этого дела даже в наше время вызывают шок. В мае 1924 года двое богатых, умных студентов из очень состоятельных семей из Чикаго Натан Леопольд и Ричард Леб похитили четырнадцатилетнего Бобби Фрэнкса, по-видимому выбрав свою жертву случайно. Они забили юношу до смерти и спрятали его обнаженное тело в водосточной трубе в окрестностях города, после чего связались с его богатым отцом и сообщили о похищении. Зачем? Видимо, чтобы доказать всему миру, что это сойдет им с рук и они совершили «идеальное преступление».
У них ничего не вышло. Возле тела Фрэнкса обнаружили очки, которые можно было купить только в одной чикагской оптике. Там было продано всего три пары подобных очков. Одну из них купил Леопольд. Преступников арестовали, они признались и стали настоящим предметом одержимости американской публики, завороженной их юностью, высокомерием и необычными личностными чертами.
Старшему из двух, Леопольду по прозвищу Малыш, было девятнадцать лет, и он отличался выдающимся интеллектом, по слухам, выходящим за пределы шкалы IQ. Но он испытывал трудности в общении, в отличие от своего друга детства Леба по прозвищу Дики, которому на момент убийства было восемнадцать лет. Он не уступал приятелю умом, был хорош собой и обаятелен. Преступление Леопольда и Леба легло в основу пьесы «Веревка», впоследствии экранизированной Альфредом Хичкоком.
Богатые родители убийц наняли знаменитого адвоката тех лет Кларенса Дэрроу и нескольких врачей, чтобы те провели оценку состояния Леопольда и Леба в тюрьме. По плану защиты преступники должны были признать вину, а по результатам медицинского освидетельствования их планировали освободить от ответственности по причине психического расстройства. И ключевую роль в линии защиты, полностью соответствующей идеям Луиса Бермана, играли эндокринные железы.
В медицинском отчете, представленном суду, говорилось, что оба молодых человека страдали от различных эндокринных расстройств. У Леба якобы была «множественная дисфункция желез», а у Леопольда — нарушение в работе шишковидной железы и гипофиза. В газетах печатали фотографии преступников со стрелками, указывающими на различные железы, а рядом размещали подписи с характеристиками: «деструктивный инстинкт» и «жажда острых ощущений».
Судья Джон Кэверли заявил, что признает ценность подобных исследований для криминологии в целом, но в данном случае доводы защиты неприменимы. Леопольда и Леба признали виновными в предумышленном убийстве, и лишь ввиду их юного возраста им удалось избежать смертной казни.
В поисках кортизола
Параллельно с сенсационной психоэндокринологией и торговлей экстрактами тестикул другие ученые трудились над исследованиями в сфере гормонов, которые впоследствии оказались куда более значительными. К ним относились и исследования кортизола — гормона, играющего ключевую роль в нашей истории.
Американский химик Эдвард Кендалл так стремился изолировать и найти новые вещества, которые производит организм, что впоследствии озаглавил автобиографию «Мемуары охотника за гормонами». В 1914 году Кендалл стал первым ученым, кому удалось изолировать тироксин, первичный гормон щитовидной железы, играющий важнейшую роль в обмене веществ, сердечной и мышечной функциях. Совершив это открытие, он занялся исследованием надпочечников и работал в этом направлении более двадцати лет.
К середине 1930‑х годов Кендалл и его коллеги из Клиники Мейо в Миннесоте, проводя опыты с надпочечниками коров, смогли выделить несколько гормонов, которые тогда еще не имели названий и были промаркированы буквами латинского алфавита от A до F. Постепенно их структуру удалось детально расшифровать, и гормон F — кортизол — впервые попал в поле зрения ученых. Гормоном E оказался кортизон, биологически неактивная форма кортизола, на основе которой впоследствии создали множество лекарств. Гормоны A и B также были разновидностями кортизола. Открытие этих новых гормонов вызвало большой интерес, ведь не так давно найденный адреналин уже широко применяли в медицине. Проблемой оставался лишь вопрос производства.
В то время получение даже небольшого количества гормонов было крайне сложным и дорогим. Например, чтобы выделить тироксин, Кендалл использовал почти три тонны щитовидных желез свиней. Потом он десять лет пытался расшифровать его структуру для искусственного производства, но безуспешно, и в итоге его опередил один британский ученый.
Чтобы финансировать свои исследования, Кендалл начал добывать адреналин для фармацевтической компании, которая бесплатно присылала ему огромное количество коровьих надпочечников. После экстракции адреналина оставшееся сырье он использовал для собственных исследований.
Начавшаяся Вторая мировая война придала гонке за синтетические гормоны новый импульс. Пошли слухи, что нацистские ученые создали экстракт, позволяющий немецким пилотам подниматься на большую высоту без дополнительного кислорода. Говорили, гормон получали из желез скота, который привозили в Германию из Аргентины. В 1941 году слухи достигли пика: союзники захватили немецкую подлодку с грузом странного мяса. Изначально военные решили, что это надпочечники, но выяснилось, что это всего лишь печень. После войны выяснилось, что история с экстрактом не более чем выдумка.
Тем не менее годы работы Кендалла не прошли даром. В 1948 году он наладил массовое производство кортизола. Его коллега по Клинике Мейо Филип Хенч предложил использовать кортизон для лечения артрита, и результаты превзошли все ожидания: воспаление резко снижалось. Так началась новая эпоха в терапии ревматических заболеваний, а Кендаллу и Хенчу в 1950 году вручили Нобелевскую премию по физиологии.
После выделения кортизола ученые начали заполнять пробелы и выявлять механизмы возникновения болезней, причины которых оставались загадкой. Еще в середине XIX века английский врач Томас Аддисон описал заболевание, при котором люди страдали от упадка сил, потери веса и истощения. Позднее выяснилось, что причина — недостаток выработки кортизола надпочечниками. Болезнь назвали именем Аддисона, и именно кортизол стал первым эффективным средством ее лечения.
Противоположным заболеванием оказался так называемый полижелезистый синдром, который американский врач Харви Кушинг описал в 1912 году. Симптомы заболевания включали слабость, накопление жира в области живота и шеи, а также припухлость лица. Оказалось, что синдром Кушинга вызывает доброкачественная опухоль гипофиза, из-за которой в организме вырабатывается избыток кортизола. В случае с гормонами очень важен правильный баланс.
Что мы знаем о кортизоле сейчас, спустя почти девяносто лет после его открытия? Если коротко, то очень много, но далеко не все.
Выработку кортизола контролирует ГГНС (гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система): эта система связывает мозг с гипофизом и образует своеобразную «ось», управляющую стрессовой реакцией организма. Кортизол выделяется в двух взаимосвязанных ритмах. Первый — суточный (циркадный) ритм: утром концентрация кортизола достигает пика и постепенно снижается к вечеру. Время его выработки регулируется супрахиазматическим ядром — главными биологическими часами организма, расположенными в гипоталамусе. Внутри циркадного ритма существует еще ультрадианный ритм, при котором выделение кортизола происходит импульсно, с повторяющимися колебаниями в течение дня. Наконец, кортизол выбрасывается в кровь в ответ на стресс — как внезапный, так и хронический.
Циркадный ритм человека, который не испытывает стресса, довольно стабилен. Эксперименты, имитирующие ночную смену (например, когда испытуемых заставляли бодрствовать всю ночь, а затем спать днем), немного сдвигали пиковое время выработки кортизола, но серьезных нарушений ритма при этом не происходило.
Проблемы начинались при систематическом нарушении режима. В одном откровенно садистском эксперименте группа добровольцев в течение трех недель жила в условиях, когда их «сутки» ежедневно удлинялись на сорок минут. Каждый день свет в лаборатории, означавший начало и конец 8‑часового сна, включался и выключался на 36 минут позже предыдущего дня. К концу эксперимента средний уровень кортизола испытуемых существенно снизился.
Широко известно, что некачественный сон — и причина, и симптом стресса. Ряд независимых исследований показал, что длительное недосыпание приводит к повышению уровня кортизола, хотя результаты все же неоднозначные. Но в одном все ученые единодушны: недостаток сна напрямую связан с инсулинорезистентностью. В одном исследовании снижение продолжительности сна у женщин разных возрастов приводило к значительному увеличению уровня инсулина и инсулинорезистентности.
Циркадный или диурнальный?
Существуют четыре типа биологических ритмов организма; два из них понять проще всего. Ультрадианные ритмы короче суток; например, кортизол в их рамках выделяется «впрысками» в течение дня. Инфрадианные ритмы, наоборот, длиннее суточного цикла — к ним относится, например, менструальный цикл. Циркадные и диурнальные ритмы на первый взгляд выглядят одинаково: и тот, и другой отражают суточные колебания уровня гормонов, включая кортизол. Циркадный ритм — это внутренний 24‑часовой цикл, который поддерживается организмом даже при отсутствии внешних сигналов. Диурнальный ритм подразумевает синхронизацию с чередованием дня и ночи, светлым и темным временем суток.
Так какому же ритму следует кортизол? Обоим. Его уровень достигает пика в момент пробуждения и постепенно снижается к вечеру, что привязывает его к смене светлого и темного времени суток. Однако некоторые ученые считают, что при этом колебания кортизола происходят и в рамках циркадного ритма, поскольку его концентрация повышается еще ночью, достигая пика перед пробуждением. Так что циркадный или диурнальный — выбирайте сами.
Что касается влияния кортизола на когнитивную сферу, здесь есть свои нюансы. Одно можно сказать точно: кортизол «завязан» на мозге. Его выброс запускается ГГНС, а в самом мозге находится множество рецепторов к кортикоидам — группе гормонов, в которую входит и кортизол. Эти рецепторы делятся на два типа: минералокортикоидные и глюкокортикоидные. Их функции различаются. Минералокортикоидные рецепторы обладают высокой аффинностью, то есть они более чувствительны к кортизолу и активны даже при его низком уровне. Глюкокортикоидные рецепторы, наоборот, имеют низкую аффинность и начинают работать в периоды пиковых концентраций кортизола — днем или в период стресса.
Примечательно, что при активации кортизолом эти рецепторы начинают работать как факторы транскрипции. Они связываются с ДНК и регулируют транскрипцию генов, то есть определяют, будет ли ген включен или выключен. Они участвуют почти во всех аспектах человеческой биологии, включая даже определение пола. Недавние исследования показали, что стресс влияет на работу факторов транскрипции.
Это может показаться сложным, но все сводится к одному ключевому моменту: действие кортизола в организме не является прямым, предсказуемым и постоянным процессом. Это процесс, который интерпретируется мозгом. Именно поэтому люди могут реагировать на кортизол по-разному.
Оба вида рецепторов в большом количестве присутствуют в гиппокампе — части мозга, участвующей в обучении и памяти, — и в средней префронтальной коре, которая играет важную роль в принятии решений, долговременной памяти и регуляции эмоций.
Влияние кортизола на память — очередной пример его противоречивого действия. В первой главе мы уже говорили, что продолжительный стресс снижает концентрацию внимания во всех сферах, кроме решения актуальных насущных задач, и может угнетать общую когнитивную функцию. Однако кратковременные выбросы кортизола, наоборот, способны улучшать память, по крайней мере частично.
Исследования студентов накануне экзаменов показали, что те из них, у кого уровни субъективного стресса и кортизола были повышены, намного лучше справлялись с простым тестом на запоминание слов, чем в спокойные неэкзаменационные дни, когда уровень кортизола был ниже. Но когда их просили выполнить более сложную задачу, например сосчитать количество прозвучавших звуковых сигналов одновременно с поиском информации в телефонном справочнике, стресс, наоборот, ухудшал результат.
В других экспериментах выяснилось, что высокий уровень кортизола улучшает кратковременную память, но при этом снижает способность преобразовывать краткосрочные воспоминания в долговременные. Этот процесс связан с работой гиппокампа, где находится большое количество глюкокортикоидных рецепторов.
Все это возвращает нас к знакомому утверждению: хотя стресс неизбежен, его эффект не всегда негативный. Повышенный кортизол может приносить пользу. Все зависит от масштабов и продолжительности стресса, а в некоторых случаях и от самого человека. В одном немецком исследовании ученые пытались выяснить, способствует ли стресс более эффективной работе в конкурентной среде. Учитывая, что во время спортивных соревнований сложно брать пробы кортизола из слюны, ученые устроили соревнования по киберспорту. Худшие показатели оказались у игроков, у которых почти не повышался уровень кортизола. Те, у кого наблюдалось самое сильное повышение уровня кортизола, показали средний результат. А лучше всего играли те, у кого наблюдался всплеск кортизола немного выше нормы.
➤ Подписывайтесь на телеграм-канал «РБК Трендов» — будьте в курсе последних тенденций в науке, бизнесе, обществе и технологиях.