[Прелесть биологии] Наркотики в нашей жизни

[Прелесть биологии] Наркотики в нашей жизни
Все статьи из цикла "В чем прелесть предмета" ‌‌
Другие статьи из цикла "В чем прелесть биологии":‌‌
Биологические часы и их часовщики‌‌
Биология эгоизма‌‌
Секреты микоризы
Метаболический путь глюкозы
Ось "кишечник-мозг"

Данная статья не призывает к употреблению наркотических веществ. Команда BeyondCurriculum предупреждает об опасности для жизни при приеме наркотиков. Незаконные производство, сбыт или пересылка наркотических средств, психотропных веществ или их аналогов караются уголовной ответственностью.

Задумывались ли вы, как наркотики вызывают зависимость? Почему людям так сложно расстаться с вредной привычкой? Какие существуют краткосрочные и долгосрочные последствия приема наркотических веществ? В этой статье цикла "В чем прелесть биологии" мы собираемся ввести вас в преисполненный знаниями экстаз, показав, насколько обескураживающей, интригующей и беспощадной может быть биологическая наука в отношении наркотиков.

Слово "наркотик" имеет греческое происхождение и означает «вводящий в ступор». Согласно современному определению Всемирной Организации Здравоохранения, наркотиками называются химические агенты, вызывающие ступор, кому или нечувствительность к боли. По второму определению, чтобы называться наркотическими, химические вещества должны влиять на функционирование центральной нервной системы (ЦНС), изменяя сенситивное восприятие, настроение и сознательность.

Большинство людей испытывают некий страх, когда слышат слово "наркотик", ассоциируя его с противозаконностью, криминалом, вредом для здоровья или страшными приступами ломки. На самом деле они правы, но лишь частично. Действительно, употребление и распространение некоторых видов психоактивных веществ запрещено законодательством разных стран из-за губительного воздействия, оказываемого наркотиками на человека и окружающих его людей. Однако целое множество бытовых вещей являются наркотиками по своей природе: начиная с кофе и алкоголя, заканчивая различными снотворными, антидепрессантами и обезболивающими препаратами. Мы сами того не замечаем как наркотики, пусть не те, о которых принято говорить, стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Получается, что формально не все наркотики страшны настолько, сколько о них говорят. Ведь так? Научная экспедиция по царству Морфея или какими бывают дурманящие вещества точно найдет ответ на этот вопрос. Приступим же!

Photo by Mike Kenneally / Unsplash

Спектр молекулярного действия наркотических субстанций разнообразен, что уж говорить об их физиологических эффектах. Единственный общий для всех незыблемый принцип действия – имитация молекул, производящихся в организме. Чаще всего наркотические вещества подражают нейромедиаторам – молекулам, возбуждающим или подавляющим нервные импульсы, чьё действие отражается на поведении и ощущениях человека.

Кофеин

Таким образом, в основе психостимулирующего действия кофеина лежит его способность подавлять активность центральных аденозиновых рецепторов (А\(1\) и А\(2\)) в коре головного мозга и подкорковых образованиях ЦНС. В настоящее время показано, что в ЦНС аденозин играет роль нейромедиатора, оказывающего угнетающее воздействие на аденозиновые рецепторы, расположенные на цитоплазматических мембранах нейронов. Возбуждение аденозином аденозиновых рецепторов A\(1\) вызывает в клетках головного мозга уменьшение образования цАМФ, доминирующего вторичного мессенджера множества сигнальных клеточных путей, что в итоге приводит к торможению передачи нервных импульсов в нейроне. Такие молекулы-репрессоры вроде аденозина называются обратными агонистами или антагонистами той, или иной целевой молекулы. Обладая схожей с аденозином пространственной конфигурацией, кофеин замещает аденозин в его же рецепторах, но не вызывает свойственных аденозину физиологических действий.

Структура кофеина напоминает аденозин

Представьте, как вы в попытках открыть дверь родным ключом осознаете, что замочная скважина занята другим, очень похожим по форме и размеру, ключом с обратной стороны. Примерно так же кофеин мешает аденозину занять свои родные рецепторы. Блокада А\(1\)-рецепторов молекулой кофеина инициирует прекращение тормозного действия аденозина, что клинически проявляется повышением умственной и физической работоспособности. Однако кофеин не обладает селективной способностью блокировать только А\(1\)-рецепторы головного мозга, а заодно блокирует и А\(2\)-рецепторы. Доказано, что активация А\(2\)-аденозиновых рецепторов в ЦНС сопровождается подавлением функциональной активности D\(2\)-дофаминовых рецепторов. В нашем случае блокада кофеином А\(2\)-рецепторов способствует восстановлению функциональной активности D\(2\)-рецепторов, что вдобавок к бодрящему эффекту вызывает дополнительный эйфорический эффект за счет выделившегося дофамина.

Кофеин замещает аденозин в активном сайте его рецептора.

Глицин

Следующий по списку помощник всех студентов в тяжелые учебные времена – небезызвестный глицин. Глицин, самая простая аминокислота, в медицине классифицируется как ноотропный медикамент, влияющий на высшие психические функции. Аминокислота глицин действительно является ингибирующим медиатором в центральной нервной системе, преимущественно в спинном мозге, стволе головного мозга, а также в сетчатке глаза.

Молекула глицина. Источник: Wikimedia Commons

При активации глициновых рецепторов анионы хлора (\(Cl^-\)) пересекают мембрану нейрона через ионные каналы (в данном случае рецептор и канал – это один и тот же белок), вызывая ингибирующий постсинаптический потенциал или гиперполяризацию – явление, когда избыток отрицательных зарядов скапливается под мембраной, а положительные заряды аккумулируются преимущественно снаружи клетки. Возникающая поляризация мембраны или разность потенциалов настолько велика, что клетка перестает отвечать на активирующие сигналы других веществ. Торможение нервной передачи создает не только ощущение заторможенности мыслей и действий, но и общий расслабляющий эффект. Экспериментально доказано, что прием глицина оказывает положительный эффект на лечение и профилактику тревожности, а также на поддержание стабильного эмоционального состояния. Однако исполинских результатов от крохотной таблетки глицина и быть не может! Если вы не решаетесь вливать раствор глицина прямиком в спинномозговую жидкость, не стоит ожидать какого-либо мощного эффекта, ведь из-за непроходимости гематоэнцефалического барьера (таможни на границе с мозгом), особенно при оральном приеме, велик риск, что какой-нибудь коллагеновый белок, нуждающийся в глицине, украдет часть его поставки из крови!

Примечание: Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) — физиологический барьер между кровеносной и центральной нервной системами. ГЭБ выполняет функцию высокоселективного фильтра, через который из артериального русла в мозг поступают питательные и биоактивные вещества (гормоны) и не проходят чужеродные частицы. В направлении же венозного русла выводятся продукты жизнедеятельности нервной ткани. Наличие ГЭБ затрудняет лечение многих заболеваний, так как он не пропускает целый ряд лекарственных препаратов собственно в мозг.

Морфин

На уроках истории мы не раз слышали название самого известного в истории наркотика – опиума. Так, в начале двадцатого столетия особую прославленность приобрел морфин – вещество, синтезируемое из опиума (опиат), которое и отвечает за основные эффекты этого макового дурмана. В отличие от кофеина, морфин больше похож на наркотик в привычном понимании. Пусть он и активно используется в медицинских целях как анальгетик при хронических болях или во время хирургических операций, его продажа, хранение и утилизация строго контролируются и требуют обязательной декларации, ведь сам морфин вызывает сильную зависимость.

Структура морфина

Морфин и многие другие морфиноподобные соединения имеют определенное структурное сходство с человеческими эндорфинами. Эндорфины – это группа гормонов, играющая важную роль в установлении психоэмоционального баланса организма. Как описала эндорфины заместитель главного редактора журнала "Санкт-Петербургский университет" Елена Заикина: "Основная функция эндорфинов — создание «подушки безопасности» для нервной системы. На первое свидание, опоздание на работу или другую критическую ситуацию организм реагирует выбросом эндорфинов и обеспечивает снижение негативного влияния стресса на клетки и ткани. Влияние «гормонов радости» очень сильно ощущают на себе солдаты во время боя. Чувство страха, а также боль у них притупляются. Это свойство «гормонов радости» можно использовать и в жизни. Например, снижать стресс посредством спортивных нагрузок. Выработка эндорфинов стимулируется также и приятными событиями."

Структуры альфа-эндорфина (сверху) и бета-эндорфина (снизу)

В организме морфин по месту и характеру действия заменяет природные эндорфины. После внутривенного введения морфин быстро поглощается тканями: в силу своей способности хорошо растворяться в жирах, молекула морфина с легкостью проникает через жироподобную клеточную мембрану. Морфин быстро распадается внутри клетки (примерно за \(10\) минут), но даже этого достаточно, чтобы проникнуть сквозь гематоэнцефальный жировой барьер в мозг и связаться с мю-опиоидными рецепторами нейронов головного и спинного мозга, периферийных нервов и желудочно-кишечного тракта. При активации таких рецепторов его природным агонистом эндорфином ингибируется аденилатциклаза – фермент-станок для производства молекулы-мессенджера цАМФ. Тем временем идет закрытие потенциал-зависимых кальциевых каналов в пресинаптическом нейроне, что приводит к уменьшению выброса возбуждающих нейромедиаторов вроде глутамата. Активация калиевых каналов в постсинаптическом нейроне приводит к гиперполяризации мембраны: выходящий из клетки калий делает внеклеточное пространство более положительным, а внутриклеточное – более отрицательным. В результате чего, как это было в примере с глицином, уменьшается чувствительность нейрона к возбуждающим нейромедиаторам.

Эффект употребления морфина отчасти схож с действием эндорфина и характеризуется снижением уровня сознания, ощущением тепла, сонливостью и эйфорией. Однако у эндогенных (произведённых организмом) опиатов структура молекулы позволяет точно взаимодействовать с нужным рецептором. У экзогенных (принятых извне) опиатов вроде морфина совпадение молекулы и рецептора относительно невелико, что значительно ослабляет эффективность действия и селективность самих опиатов. Здесь стоит обозначить, что высокоселективные эндорфины, в зависимости от типа, действуют на строго заданную группу рецепторов, а опиаты — на все сразу. Получается, если определенный эндорфин запускает только первый подкласс мю-рецепторов, ответственных за обезболивание и эмоциональный подъем, то искусственно синтезированные опиоиды или опиаты (производные растительного опия), к коим относится и морфин, стоят за неприятными побочными симптомами.

Разница между эндорфином и морфином. Источник

Опасность наркотиков

До этого момента мы говорили об относительно безопасных, неочевидных наркотических веществах, с которыми большинство людей сталкиваются регулярно. Рассмотрев механизм их действия, мы увидели, что пусть эти психоактивные вещества и нарушают нормальную жизнедеятельность клеток, но также несут полезный практический эффект. А как же “настоящие” наркотики? Тихие убийцы, известные нам из различных сериалов и фильмов: героин, ЛСД, метамфетамин, кокаин и многие другие. Даже такая «более традиционная» интерпретация полна исключений. Разумеется, невозможно классифицировать абсолютно все наркотические препараты в категорию критически опасных для жизни. Среди них найдутся как практически безвредные, так и однозначно смертоносные виды. Согласно заключению организации Global Drug Survey в \(2017\) году, степень опасности самых распространенных психоделиков значительно варьирует от \(0.2\)% у галлюциногенных грибов до \(4.7\)% у метамфетамина, что в \(23\) раза больше. Такие заключения становятся фундаментом многочисленных заявлений за легализацию некоторых наркотиков во многих развитых странах мира. Кроме того, крупная доля фармацевтического рынка представлена психотропными веществами, которые применяются в терапевтических и реабилитационных курсах лечения. Примерами таковых являются довольно популярные аддералл, викодин, ксанакс, морфин и многие другие. Без этих и подобных им медикаментам сложно представить современную медицину. Но не все так просто – изъяны есть везде...

Любой препарат имеет побочные эффекты. Если аптечные лекарства максимум вызывают анафилактический шок, то наркотики несут за собой сборную солянку разной степени нежелательных последствий. Искусственное повышение уровня сигнальных молекул или их аналогов ведет к снижению выработки этих молекул самим организмом или же снижению числа рецепторов на мембране, дабы сбалансировать избыточное действие психотропных веществ. В свою очередь, искусственное понижение уровня сигнальных молекул или блокировка их рецепторов, наоборот, провоцирует большую выработку соответствующих "родных" молекул и их рецепторов, чтобы даже при низкой концентрации вещества соответствующий эффект проявлялся. Увеличение числа “родных” сигнальных молекул создает высокую конкуренцию для молекул наркотика на ограниченное количество активных сайтов таких рабочих структур, как рецепторы или ферменты. Таким образом развивается привыкание к препарату и требуется постоянное увеличение принимаемой дозы.

Резкий отказ от наркотика приводит к снижению уровня нужных для нормального самочувствия веществ, или же перепроизводству "родных" молекул, ранее компенсируемому репрессивным действием наркотика. Поэтому зачастую “просто бросить когда захочешь” оказывается не так просто – отказ может стать настолько критичным, что сразу отразится на самочувствии человека. Характерные для абстинентного синдрома (синдрома отмены) постоянные мышечные и головные боли, рвота, судороги, вялость и сонливость станут верными спутниками этого страшного периода ломки. Терпеть эти мучения мало кто в силах, поэтому не сорваться бывает крайне сложно. Так возникает зависимость.

Именно рецидивы после завязки становятся главной проблемой для человека, ставшего на правильный путь реабилитации. Доза, считаемая наркоманом стандартной, для человека в завязке окажется угрожающе высокой, так как устойчивость к веществу давно прошла. Введение такого количества биологических активных веществ нередко приводит к полной дисфункции клеток мозга или истощению ресурсов организма. Потенциальный при таком состоянии летальный исход в народе носит название передоза.

Иронично, что разрешенный почти везде этиловый спирт стоит первым в рейтинге самых опасных для жизни наркотических веществ. После алкоголя вторым предвестником скорой кончины является печально известный героин. Будучи близким родственником морфина, более сильный опиоид героин относится к тяжелым наркотикам. По сравнению с эндорфинами, из-за своей малой специфичности к рецепторам необходимая концентрация опиоидов в крови должна быть в разы больше для достижения эквивалентного эффекта. Героин обладает большей жироподобностью, чем морфин, из-за чего легче проникает в мозг через ГЭБ, а затем уже там преобразуется в 6-моноацетилморфин и морфин, которые аккумулируются поближе к основным центрам контроля. Метаболиты героина, помимо связывания с мю-опиоидными рецепторами, также стимулируют выбросы гистамина, ответственного за ощущение “подъема”, и ГАМК, успокаивающего нейромедиатора ЦНС. Так героин нашел известность в рядах маргинальной прослойки общества благодаря наиболее выраженному среди других опиоидов наркотическому действию.  угнетающее действие героина на выделение норадреналина, одного из главных нейромедиаторов периферийной нервной системы, влечет рвоту, запоры, сонливость, потерю сознания и дисфункцию непроизвольных рефлексов по типу дыхания во сне. Со временем тело адаптируется к создавшимся условиям и начинает вырабатывать больше норадреналина. Больше доза – больше норадреналина. В итоге героинового наркомана ждет два пути: либо зависимый увеличит дозу настолько, что заглушит все регулируемые норадреналином функции организма; либо в случае рецидива после завязки он примет свою обычную дозу, которая также будет подавлять все норадреналин-зависимые процессы. Наиболее губительным последствием употребления героина для наркомана станет нарастающая сердечная недостаточность, вследствие чего развивается отек легких и затрудненное дыхание. На фоне сопутствующей депрессии автономных дыхательных центров, удушье может наступить в бессознательном состоянии, когда человек не способен сам контролировать механизм вдоха-выдоха.

Важно понимать, что большая часть любых наркотических веществ несет долгосрочную угрозу физическому и ментальному здоровью человека. В зависимости от природы субстанции, метода употребления, индивидуальных характеристик человека и тому подобного, негативный эффект может варьироваться от приступов психоза до риска возникновения раковых опухолей.

Совокупный вред от разных видов наркотических веществ. Оценка составлена на основе числа случаев вызова неотложной медицинской помощи после употребления наркотика. Источник: Wikimedia Commons

Заключение

Вокруг наркотиков сформировался культ неведения и некомпетентности. Крайне негативное стереотипное отношение к самому феномену не позволяет разглядеть и некоторую пользу различных субстанций. Даже не подозревая, что в вашем кухонном шкафу стоит мощный психостимулятор, человек также может не понять, что порою те или иные вещества не всегда чистейшее зло, и подходить к ним нужно как с большой осторожностью, так и с разумным компромиссом. Знаменитый американский биолог, профессор энтомологии и зоолог Индианского университета Альфред Кинси утверждал: “Фундаментальный принцип таксономии состоит в том, что в природе редко наблюдаются дискретные категории. Живая природа — это континуум во всех и каждом из своих аспектов”. Подчеркивая непрерывность градаций между исключительно опасными, как тяжелые наркотики, и в некоторых случаях практичными и удобными, как кофе или глицин, психоактивными веществами, мы говорим о более высокой ступени восприятия вещей, когда мир не делится на черное и белое. Это понимание дает возможность не только отделять зерна от плевел, но и независимо от бытующего мнения, нести ответственность за свои поступки.

Фонд «Beyond Curriculum» публикует цикл материалов «В чем прелесть предмета» в партнерстве с проектом «Караван знаний» при поддержке компании «Шеврон». Караван знаний – инициатива по исследованию и обсуждению передовых образовательных практик с участием ведущих казахстанских и международных экспертов.

Редактор статьи: Дарина Мухамеджанова