Молекулярные основы человеческих эмоций

Химию всегда интересовала живая материя. Уже в начале XIX в. этот интерес послужил причиной первого разделения химии – на химию неорганическую и органическую. Вскоре возникает потребность в более специализированной области знания – науке о молекулярных основах жизни, биохимии. Биохимики смогли выяснить химические основы важнейших биологических процессов, общие принципы функционирования живых организмов, расшифровать генетический код. Все это наряду с революционными открытиями в химии в конце XX – начале XXI в. позволяет поставить вопрос о химических основах не только физиологических процессов, но и психической жизнедеятельности животных и человека. Современная химия в состоянии рассмотреть такие человеческие свойства, как любовь, привязанности, секс, сны и хорошее самочувствие. Подготовлен путь для разрешения вопросов о том, как химические вещества, их взаимодействия и превращения управляют человеческими эмоциями. В данной статье будет продемонстрирована удивительная связь этой проблемы с системой взглядов алхимиков, которые предполагали, что с наличием каждого химического вещества связана определенная психическая форма, и наоборот.  

 Итак, начнем увлекательное  путешествие в мир молекул,  управляющих эмоциями человека.  

Рис. 1. Схематическое  изображение человеческого мозга  сбоку

Феромоны

Феромоны – молекулы, управляющие половой жизнью и всеми другими коммуникациями в жизни насекомых. Заметную роль они играют и в жизни высших организмов – млекопитающих, и, разумеется, человека. Хотя химические детали чувств еще не изучены, многое говорит о том, что они регулируются благодаря генетически детерминированному паттерну (образцу) и специфическим веществам, вырабатываемым мозгом. Например, согласно новейшим исследованиям [1], индивидуумы с разными аллелями гена, кодированного транспортными протеинами нейротрансмиттера серотонина (рис. 2), в амигдале, области мозга, ответственной за управление эмоциями (рис. 1), демонстрируют разные примеры активности.  

 Гиперактивность амигдалы приводит к постоянному чувству страха, причем даже в совершенно безопасных ситуациях [1]. Наш мозг снабжен системой химических кабелей. Коммуникации между нервными клетками могут осуществляться быстрыми или медленными синаптическими трансмиссиями (рис. 4). При быстром модусе (1 мс) можно говорить о возбудительном механизме нейротрансмиссии. В медленном модусе (от 100 мс до минуты) генерируются вторичные трансмиттеры, приводящие к различным биохимическим реакциям. Оба механизма связаны друг с другом. За изучение медленного модуса в 2000 г . была присуждена Нобелевская премия по медицине [2]. Одни из нейрохимикатов являются нейротрансмиттерами, другие – нейромодуляторами, регулирующими активность нейротрансмиттеров, третьи – гормонами. Нейрохимикаты действуют иногда в одиночку, иногда – в комбинации с нейромодуляторами и другими нейротрансмиттерами, а иногда и каскадами, что приводит к высвобождению вторичных транспортных веществ, переносящих сигнал о непосредственном запуске того или иного процесса. 

Молекулы либидо и симпатии 

Согласно новейшим исследованиям, химикат мозга (иными  словами, вещество, производимое мозгом) 2-фенилэтиламин (РЕА, рис. 2) является нейротрансмиттером и нейромодулятором либидо и энергии межличностных отношений; выделение РЕА повышает эмоциональную теплоту, симпатию, сексуальность и чувство психической энергии. Он связан также со способностями бегунов на длинные дистанции [3]. Хотя РЕА часто действует вместе с такими нейротрансмиттерами, как допамин (2) и серотонин (3), тем не менее, его действие в эмоциональной области единственно в своем роде. Для РЕА совсем недавно [4] был идентифицирован специфический рецептор, локализованный в амигдале.  

 Своеобразно также  короткое время жизни РЕА (минуты) и его разрушение под действием  специфической изоформы энзима МАО (моноамин-оксигеназы) – изоэнзима МАОВ. Короткое время жизни свидетельствует о специальной биодинамической роли РЕА, связанной с очень кратко действующим эффектом раздражения. Напротив, другие нейроамины (допамин 2, серотонин 3 и норадреналин 5) обладают большими временами жизни (часы) и разрушаются изоэнзимом МАОА.

Рис. 2. Молекулы эмоций 

Влияние РЕА на поведение  человека принято объяснять на основе гипотезы (называемой психохимической гипотезой), тесно связанной с самовлюбленностью [5]. Несмотря на спекулятивность этой связи, психохимическая гипотеза позволяет разработать по меньшей мере путеводные аспекты, касающихся роли РЕА в регулировании аффектов. Уолш [6] очень наглядно описывает активность РЕА: «Если мы встречаем кого-либо, кто нам нравится, the whistle blows at the PEA factory. Мы, люди, судим о привлекательности партнера или партнерши в первую очередь по оптическому впечатлению, а не по запаху или осязанию, как большинство млекопитающих. Романтическая любовь может вспыхнуть буквально с первого взгляда. Таково начало библейской истории о Давиде и Вирсавии: «Однажды под вечер, Давид, встав с постели, прогуливался на кровле царского дома и увидел с кровли купающуюся женщину, а та женщина была очень красива».  

 Синтез РЕА  в мозгу и его распределение  по всей нервной системе играют  роль при возникновении возбуждения,  охватывающего нас при взгляде  на любимого человека, и стремления  к нему, когда его нет с нами. РЕА содержится в шоколаде, в  сладостях (главная составная  часть которых – аспартам), в диэтических напитках; его содержание повышается также при курении марихуаны [7]. И все же все эти источники РЕА не дают того результата, какой дает РЕА, выделяемый мозгом (то есть эндогенный). Главная причина – быстрое их разрушение под действием энзима МАОВ. Хотя РЕА и соответствует мозговому и кровяному барьерам, все же без МАОВ-блокираторов основное его количество расщепляется еще на начальной стадии потребления. Любовные напитки существуют в сказании о Тристане и Изольде или в драме Шекспира «Сон в летнюю ночь», в действительности же наша химическая система ревниво охраняет свое исключительное право контроля наших эмоций. 

Молекулы счастья 

Психохимическая гипотеза отводит и другим нейротрансмиттерам роли в распределении психобиологической энергии. К мощным нейротрансмиттерам относятся эндорфины, продуцируемые в гипоталамусе, в стволе головного мозга и в гипофизе. Эндорфины – это нейропептиды (например, b-эндорфин, наиболее эффективный из эндорфинов, содержит 31 аминокислотный остаток), выступающие в роли естественных болеутоляющих веществ в нашем организме. Они действуют как естественные опиатные рецепторы, приводящие к анальгезии (снятие болевой чувствительности) и к чувству блаженства. Согласно психохимической гипотезе [7], они все же определенно ответственны также и за сохранение долговременных отношений. После первой фазы влюбленности организм нуждается в высоких концентрациях РЕА, чтобы сохранить первое восторженное чувство; но с течением времени влюбленность постепенно проходит… Если бы все этим и ограничивалось, то любовь существовала бы только в романах и балладах! К счастью мозг, будучи чрезвычайно искусным химиком, производит также и эндорфины, которые и ответственны за долговременное чувство. Всегда, когда мы встречаем любимого партнера, наш мозг выделяет дозу эндорфинов, проникающих во все органы нашего тела, и мы ощущаем чувство уверенности, спокойствия и блаженства. Сильная, почти физическая боль утраты любимого партнера связана, согласно этой модели, возникать при внезапной остановке эндорфинного механизма. 

Молекулы, обусловливающие  манеру поведения и настроение 

РЕА только один из нейроаминов, которые можно считать молекулами эмоций. На рис. 2 приведены и другие, например допамин (2), который производится в вентральной оболочке мозга из тирозина и выделяется в передней коре головного мозга. 

 Эта молекула  определяет зависящие от поощрения  манеры поведения, способности  к обучению, подверженность наркомании, развитие зависимости от условностей,  и способность к самоконтролю. Согласно психохимической гипотезе, допамин регулирует стремление к благополучию и умение вести себя в опасных ситуациях и действует мотивирующим образом на наши стремления и способность осуществлять свои цели. Пониженное содержание допамина ведет к ограничению способности наслаждаться жизнью, страсти к приключениям и познанию нового, тогда как повышенное его содержание или же повышенное усвоение допамина нервными клетками вызывает наркоманию. Сегодня исходят из того, что наркомания приводит к долговременным изменениям в синапсах между нейронами, подобно способности к воспоминанию или обучению.  

 Серотонин (3) образуется из триптофана глубоко в стволе головного мозга и транспортируется затем к нервным окончаниям. Это – «молекула настроения», ответственная за душевное равновесие и внутреннюю антидепрессию. Проблемы в цикле серотонина ведут к хроническим болям, депрессиям, синдрому Альцгеймера, синдрому Паркинсона и апоплексии. 

 Недостаток серотонина может, кроме того, привести к агрессии (в том числе и сексуальной), шизофрении, а также вызвать постоянную потребность в сладостях и углеводах. Нормальный уровень серотонина соответствует уравновешенной личности, тогда как повышенное его содержание сопряжено с пугливостью. Серотонин содержится в бананах и помидорах. Но и в этом случае прием этого нейроамина с продуктами питания не ведет к повышению его содержания в мозгу, потому что серотонин, как и РЕА, быстро разрушается энзимами (посредством МОАА). 

Молекулы стресса 

 Приведенные на рис. 2 адреналин (4) и норадреналин (5) известны также под названием эпинефрин и норэпинефрин. Это гормоны стресса, подготавливающие наш организм к напряженной деятельности. Адреналин выделяется в сердцевине надпочечников и повышает уровень глюкозы в крови, чтобы подготовить энергию, необходимую для напряженных заданий и борьбы с опасностью. Норадреналин – нейротрансмиттер, активируемый вместе с адреналином в стрессовых ситуациях. Вместе с РЕА и допамином он также необходим для поддержания жажды жизни.  

 Соединение (6) на  рис. 2 – это галлюциноген мескалин. Подобие со свойственными самому организму «фармацевтическими препаратами» очевидно. Такое сходство поднимает новый вопрос – о «реальности» эмоций – вне зависимости от их неповторимости как химических моторов. 

Окситоцин – молекула верности? 

 Здесь уместно  упомянуть нейропептид, играющий определенную роль в психохимической гипотезе: окситоцин (7), рис. 3. Это нонапептид, который производится в гипофизе. Окситоцин – первый натуральный пептид, который удалось синтезировать в лаборатории и благодаря этому изучить химическое происхождение психобиологических потоков энергии. В теле женщины окситоцин вызывает в конце беременности контракции матки и, тем самым, родовые схватки. Кроме того, он стимулирует приток молока при кормлении грудью. Как показывают опыты на лабораторных животных, окситоцин способствует сексуальному поведению и спариванию. Отсюда возникла гипотеза, что он является молекулой, ответственной за верность и человеческое стремление к контактам, нежности и надежности. Простого поглаживания затылка или шеи достаточно, чтобы возникло приятное ощущение, вызванное окситоцином. Чувство усилится, если партнер принимает поглаживания. Возможно, речь идет об эволюционном химическом механизме стремления к общности, принадлежности к коллективу.

Рис. 3. Молекулы радости  и благополучия 

У женщин окситоцин  играет другую важную роль – повышение  его содержания при кормлении  вызывает чувство умиротворения  и истомы, что усиливает связь  матери и ребенка; увеличение его  содержания при сексе приводит к  оргазму женщины. Итак, окситоцин  регулирует «химическую самоотдачу»  и вызванные ею приятные ощущения. 

Монооксид азота – естественная виагра! 

 Оргазм мужчины  нацелен на эякуляцию, которая  химически управляется и контролируется  спинальными нервами, локализованными  в сегментах L3 и L4 позвоночного  столба (lumbar spinothalamic (LSt) нейроны). Эти нейроны являются частью спиноталамического тракта (Tractus spinothalamicus), по которому сенсорная информация о теле направляется в область таламуса мозга (рис. 1), и которые затем химическим путем вызывают эякуляцию. Эякуляции предшествует эрекция, также управляемая химически, а именно, с помощью показанной на схеме 2 натуральной виагры – монооксида азота! – важного нейротрансмиттера с сосудорасширяющим действием [8]. Он настолько важен, что существует энзим (nitrogenmonoxidsynthase, NOS), единственное назначение которого – производить NO путем отщепления от L-аргинина в эндотельных клетках. Диффузия NO к гладким мускульным клеткам в стенках артерий пениса эрегируемых тканей (и его связывание с гемом гуанилат-циклазы) вызывает каскад химических реакций, в конце которого мускульные клетки обедняются ионами Ca2+. Это приводит к релаксации мускулов, кровь может устремляться в пенис и произвести эрекцию.  

 Но NO очень важен также в механизме долговременной памяти (усиление длительности, LTP) [9]. В процессе вспоминания забытого материала NO функционирует как нейромодулятор, помогающий NMDA-рецептору (NMDA – N-метил-D-аспартат) L-глютамата повысить в клетках концентрацию ионов Ca2+. Это приводит к повторяющимся образцам нейрональной разрядки клеток – ячеек памяти LTP. Знание того, что эрекция и память требуют обратных потоков ионов Ca2+, можно воспринимать с определенной долей юмора…  

 На рис. 3 представлено  также синтезированное в лаборатории  вещество, известное под торговым  названием виагра (9). Его синтез настолько прост, что его могут синтезировать даже студенты старших курсов. Виагра вмешивается в вышеописанный механизм индуцируемого монооксидом азота вытеснения ионов Ca2+. Шумиха вокруг виагры не утихает, и знание механизма эрекции, основанного на NO, используется для создания препаратов, еще более эффективных, чем виагра. Возможно, любовный эликсир уже не за горами!